JP4855247B2 - Water-wax emulsion and its coating application - Google Patents

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Description

発明の背景
1.発明の分野
植物資源由来のワックスを用いて調製されるエマルションは、紙や木などの繊維性セルロース製品を耐湿性とする目的でこれらに塗布されるなど多くの用途に用いられており、石膏シート製品にも用いられうる。これらのエマルションは、耐湿性を改善する目的で果実コーティングとして用いられる。このエマルションは、水、植物ワックスおよび界面活性物質を含む。ヒマシ油、ヤシまたはダイズなどの源由来の植物ワックスは、約136〜200°Fの範囲の融点を有するトリグリセリドを含む。前記エマルションの固形物含量は、エマルションの全重量に対して45%と高いものであってもよい。
BACKGROUND OF THE INVENTION FIELD OF THE INVENTION Emulsions prepared using plant-derived waxes are used in many applications, such as being applied to fiber cellulose products such as paper and wood for the purpose of making them moisture resistant. It can also be used for products. These emulsions are used as fruit coatings for the purpose of improving moisture resistance. The emulsion contains water, vegetable wax and surfactant. Plant waxes from sources such as castor oil, palm or soybean contain triglycerides having a melting point in the range of about 136-200 ° F. The solid content of the emulsion may be as high as 45% with respect to the total weight of the emulsion.

2.関連技術の説明
ワックスベースのエマルションは、例えば、製品に対して耐湿性を付与する目的で、紙、段ボール紙、クラフト紙、ボール紙などの繊維性セルロース製品に塗布されるといった極めて多くの工業的な用途に用いられている。ワックスエマルションは通常、約15%〜40%(重量比)のワックスを含み、ワックスの重量に対して約5%〜25%の界面活性物質が添加されている。エマルションは、取扱い、塗布および他の水性ベース成分との配合が容易であるために溶融ワックスの塗布に代えて用いられる。いったん調製されるとエマルションは長期間に亘って安定したままで(すなわち、自身の成分に分離せずに)存在しうる。この安定性により、製造者からエンドユーザーへの輸送、貯蔵、および特定用途での使用などの因子が容易となる。これに対し、溶融ワックスを塗布するには当該ワックスが必要に応じて溶融状態に維持されて溶融している必要があり、溶融状態で塗布される必要がある。
2. 2. Description of Related Art Wax-based emulsions are applied to a large number of industrial cellulose products such as paper, corrugated paper, kraft paper, cardboard and other fibrous cellulosic products, for example, for the purpose of imparting moisture resistance to the product. It is used for various purposes. Wax emulsions typically contain about 15% to 40% (by weight) wax with about 5% to 25% surfactant added to the weight of the wax. Emulsions are used in place of molten wax applications because they are easy to handle, apply and blend with other aqueous base ingredients. Once prepared, the emulsion can remain stable over a long period of time (ie, without separation into its components). This stability facilitates factors such as transportation from the manufacturer to the end user, storage, and use in specific applications. On the other hand, in order to apply the molten wax, the wax needs to be maintained in a molten state and melted as necessary, and needs to be applied in a molten state.

ワックスエマルションは一般的に、バッチ反応器で、またはホモジナイザーを用いて製造される。エマルションの調製に用いられる装置は、完全な混合を達成するために反応物を撹拌でき、反応物および生成物の十分な加熱および冷却を維持するために適切な温度コントロールをできることが重要である。一般的に、ホモジナイザーを用いると、従来の撹拌バッチ反応器での混合を用いて調製されたエマルションと比較して、最終エマルション製品における固形物の割合が高くなることが知られている。これらの発明のエマルションの製造には、双方のタイプの装置がよく用いられている。   Wax emulsions are generally produced in a batch reactor or using a homogenizer. It is important that the equipment used to prepare the emulsion can stir the reactants to achieve thorough mixing and have proper temperature control to maintain sufficient heating and cooling of the reactants and products. In general, it is known that the use of a homogenizer increases the percentage of solids in the final emulsion product as compared to emulsions prepared using mixing in conventional stirred batch reactors. Both types of equipment are often used to produce the emulsions of these inventions.

特定の用途には実用的な程度に高いワックス固形物含量を有するエマルションを用いることが好ましい。例えば、紙製品、果実または医薬などの商品をワックスで処理する際には、処理製品の乾燥時間を最小化することが好ましく、この目的を達成するための1つの手段は高いワックス固形物含量を有するエマルションを用いることである。エマルションが長距離に亘って輸送されなければならない場合には、体積を低減させることにより輸送コストの削減の助けになる。水性のエマルションはまた、環境汚染または健康および安全に対する悪影響のために、有機溶媒ベースのエマルション(または分散液)よりも好ましい。   For certain applications, it is preferred to use an emulsion having a wax solids content as high as is practical. For example, when treating products such as paper products, fruits or medicines with waxes, it is preferable to minimize the drying time of the treated products, and one means to achieve this goal is to have a high wax solids content. It is to use the emulsion which has. If the emulsion has to be transported over long distances, reducing the volume helps to reduce transport costs. Aqueous emulsions are also preferred over organic solvent based emulsions (or dispersions) due to environmental pollution or adverse health and safety concerns.

ワックスベースのエマルションは一般的に、通常は後にワックスエマルションと配合される他の成分に対して適合性とする目的で、特定のイオン性電荷を有するように配合される。ワックスエマルションは、ワックスエマルションの作製に用いられる乳化剤(一般的には、界面活性剤のような界面活性物質である)に応じて、アニオン性、非イオン性またはカチオン性のいずれであってもよい。   Wax-based emulsions are generally formulated to have a specific ionic charge, with the goal of being compatible with other ingredients that are usually later formulated with the wax emulsion. The wax emulsion may be either anionic, nonionic or cationic depending on the emulsifier used to make the wax emulsion (generally a surfactant such as a surfactant). .

乳化されるワックスは、ワックスのポリマーに結合した、カルボキシル、酸またはエステル基のような官能基をいくつか有していなければならない。乳化工程において、これらの官能基はケン化されてより親水性となり、こうして所望の界面活性剤がワックスの周囲にミセルを形成しうる。ワックスの官能基をケン化するために一般的に用いられる塩基としては、水酸化カリウム(KOH)、水酸化ナトリウム(NaOH)、並びにアンモニア、ジエチルアミノ(「DEA」)および他のアミン誘導体のようなアミンが挙げられる。特定のエマルションタイプを調製するには、氷酢酸または類似の酸のような酸が官能基修飾のために用いられる。安定なエマルションを形成するのに修飾されるのが必要な官能基の量は、分子量や鎖の分枝の量などのワックスの特性に応じて変動しうる。一般的に、約20〜30mgKOH/gワックスと最低のケン化価を有するワックスは容易に乳化されうる。ケン化価またはケン化数は、高温下にて1gのワックスと反応するKOHのミリグラム量であり、ケン化されうる遊離カルボン酸および任意のエステルの合計量を示す。この値、および後述する酸価により、ワックスの遊離カルボン酸およびエステルの含量の指標が提供される。ケン化数をどのように決定するかの例としては、ASTM D1387がある。ASTM D1386は、酸価;1gのワックスを中和するのに必要なKOHのミリグラム量であり、存在する遊離カルボン酸の量を示す;を決定する方法である。   The wax to be emulsified must have some functional groups such as carboxyl, acid or ester groups attached to the wax polymer. In the emulsification process, these functional groups are saponified to become more hydrophilic, thus allowing the desired surfactant to form micelles around the wax. Commonly used bases for saponifying wax functional groups include potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), and ammonia, diethylamino ("DEA") and other amine derivatives. Examples include amines. To prepare specific emulsion types, acids such as glacial acetic acid or similar acids are used for functional group modification. The amount of functional group that needs to be modified to form a stable emulsion can vary depending on the properties of the wax, such as molecular weight and the amount of chain branching. In general, waxes with about 20-30 mg KOH / g wax and the lowest saponification number can be easily emulsified. The saponification number or saponification number is the milligram amount of KOH that reacts with 1 g of wax at high temperature and indicates the total amount of free carboxylic acid and any ester that can be saponified. This value, and the acid value described below, provide an indication of the free carboxylic acid and ester content of the wax. An example of how to determine the saponification number is ASTM D1387. ASTM D1386 is a method of determining the acid number; the amount of milligrams of KOH required to neutralize 1 g of wax, indicating the amount of free carboxylic acid present.

乳化工程の一般的な第一段階は、ワックスを溶解させ(必要であれば加熱により)、ワックス上の所望の数の官能基をケン化するのに十分な塩基を添加することである。次いで界面活性剤を添加し、よく撹拌してエマルションを形成させる。エマルションの製造にホモジナイザーを用いる場合には、ホモジナイザーの剪断作用により、得られるワックスエマルションの粒子サイズが影響を受ける。ホモジナイザーを用いてエマルションを調製する際には、ワックスの機械的剪断の貢献のために、ワックスのケン化はそれほど重要ではなくなる。一般的に、最も安定なエマルションは(一般的には最小の粒子サイズを有する)、ケン化および良好な混合の組み合わせを用いて作製される。   The general first step in the emulsification process is to add enough base to dissolve the wax (if necessary) and saponify the desired number of functional groups on the wax. The surfactant is then added and stirred well to form an emulsion. When a homogenizer is used for producing an emulsion, the particle size of the resulting wax emulsion is affected by the shearing action of the homogenizer. When preparing emulsions using a homogenizer, saponification of the wax is less important due to the mechanical shearing contribution of the wax. In general, the most stable emulsions (generally having the smallest particle size) are made using a combination of saponification and good mixing.

いったん形成されたエマルションの品質を通常特徴付けるパラメータとしては、エマルションの透明度および安定性が挙げられる。安定性は一般的に、長期間後のエマルションの成分への分離の度合として測定される。   Parameters that typically characterize the quality of the emulsion once formed include the clarity and stability of the emulsion. Stability is generally measured as the degree of separation into components of the emulsion after a long period of time.

ASTM D1321およびASTM D−5により定義される硬度は、所定の温度、所定の重量下で特殊な針がワックスを通過する距離(ミリメートルの10分の1、dmm)に関する。「軟らかい」ワックスは10mm超通過する硬度特性を有し、あまり有用ではないと考えられるが、10mm未満通過する硬度値を有するワックスはこれらの調製においてより有用と考えられる。特定のワックス製剤の色は、たとえ同じワックスであってもバッチごとに変化する。固化したワックス製剤の全体的な色は、ワックスの冷却速度、吸蔵空気の量、および表面処理のような因子の影響を受ける。一般的に、溶融ワックス製剤についてのワックスの色は、ASTM D1500(ガードナー)またはASTM D156(シーボルト)のいずれかの方法を用いて決定される。ASTM D1500の方法は通常、ダークブラウンからオフホワイトの色を測定するために用いられるのに対し、ASTM D156の方法はオフホワイトから純白色の測定に用いられる。   The hardness defined by ASTM D1321 and ASTM D-5 relates to the distance (1 / 10th of a millimeter, dmm) a special needle passes through the wax under a given temperature and a given weight. “Soft” waxes have hardness properties that pass over 10 mm and are considered less useful, but waxes with hardness values that pass less than 10 mm are considered more useful in these preparations. The color of a particular wax formulation varies from batch to batch even with the same wax. The overall color of the solidified wax formulation is affected by factors such as the cooling rate of the wax, the amount of occluded air, and the surface treatment. In general, the color of the wax for a molten wax formulation is determined using either the ASTM D1500 (Gardner) or ASTM D156 (Siebold) method. The ASTM D1500 method is typically used to measure dark brown to off-white colors, while the ASTM D156 method is used to measure off-white to pure white.

食品または医薬品錠剤のコーティングのような用途には、低い通過硬度および良好な色特性(カラースケールの茶色端に対する白色端に向かって)を有することを特徴とするワックスを用いることが好ましく、
紙、板紙、段ボール原紙、または他の紙製品上にコーティングされてこれに耐湿性を付与する場合に、ワックスエマルションはそれ自身で、または他の成分と組み合わせてよく用いられる。例えば、魚または、ブロッコリーのような野菜などの食品は頻繁に、ワックスでコーティングされた紙箱中に包装され、輸送される。ワックスコーティングは、包装中に氷が存在する場合や、冷蔵車での輸送、および冷蔵環境などの湿潤環境において、包装の強度や品位を維持する助けとなる。最終使用用途に応じた、光沢、耐すべり性および最終紙製品上または最終紙製品の印刷適性のような他の特性もまた、ワックスコーティングの影響を受ける。ワックスコーティングされた包装は、一旦用いられると通常は廃棄される。
For applications such as food or pharmaceutical tablet coatings, it is preferred to use waxes characterized by having low pass hardness and good color properties (toward the white end against the brown end of the color scale)
Wax emulsions are often used by themselves or in combination with other ingredients when coated on paper, paperboard, cardboard, or other paper products to impart moisture resistance thereto. For example, foods such as fish or vegetables such as broccoli are frequently packaged and transported in wax-coated paper boxes. The wax coating helps maintain the strength and quality of the packaging in the presence of ice in the packaging, in humid environments such as transport in refrigerated vehicles and refrigerated environments. Depending on the end use application, other properties such as gloss, slip resistance and printability of the final paper product or on the final paper product are also affected by the wax coating. Wax coated packaging is usually discarded once used.

包装された製品が用いられ、ワックスコーティングされた包装が一旦消費者により処分された後に、紙製品をリサイクルするという風潮が、国内的および国際的に増大している。しかしながら、リサイクル工程において、包装上のワックスコーティングは、その存在によりリサイクル装置に問題を引き起こす、工業的に「スティッキー(stickies)」および「タッキー(tackies)」として知られているものを形成する傾向がある。この問題はとても一般的であるため、場所によってはワックスコーティングされた紙製品をリサイクル工程から除外する必要がある。その結果、ワックスコートされた物品は分別され、リサイクルされる代わりに、焼却処分されるか埋立地に廃棄されることになる。ワックスに添加される添加剤の使用(ミッチェルマンに対する米国特許第6,255,375号および米国特許第6,273,993号;ナランシックらに対する米国特許第6,416,620号;およびロックらに対する米国特許第6,053,439号)などの、リサイクル工程へのワックスの混入を最小化するための代替技術が提案され、用いられている。これらのアプローチはいずれも、リサイクル工程でのワックスに関連する問題の解決手段としては永久に受け入れられるものではない。   There is a growing domestic and international trend to recycle paper products once packaged products have been used and the wax coated packaging has been disposed of by the consumer. However, in the recycling process, the wax coating on the packaging tends to form what is known in the industry as "stickies" and "stickies", which causes problems to the recycling equipment due to its presence. is there. This problem is so common that in some places it is necessary to exclude wax-coated paper products from the recycling process. As a result, the wax-coated articles are separated and incinerated or disposed of in landfills instead of being recycled. Use of additives added to the wax (US Pat. No. 6,255,375 to Mitchellman and US Pat. No. 6,273,993; US Pat. No. 6,416,620 to Naransic et al .; and Alternative techniques have been proposed and used to minimize wax incorporation into the recycling process, such as US Pat. No. 6,053,439). Neither of these approaches is permanently accepted as a solution to the problems associated with waxes in the recycling process.

石油由来のワックスの商業的供給源としては、シッゴー(CITGO)、エクソンモービル(ExxonMobil)、シェル石油(Shell Oil)などがある。これらのワックスのほとんどは、潤滑油の精製工程由来であり、当該工程において潤滑油留分からワックスが分離され、パラフィンやマイクロクリスタリンワックスを含む種々のワックス画分に精製される。ワックスのさらなる商業的供給源としては、従来技術の用途向けのワックスを供給する、アスターワックス(Astor Wax)、アイジーアイ(IGI)、およびムーアアンドマンガー(Moore & Munger)のような製造業者が挙げられる;これらのワックスは、しばしば「そのまま」石油会社から転売されるか、および/または消費者の特定の要求を満たすように配合および再包装される。しばしば「エマルションハウス」と称される、ミッチェルマン(Michelman)(オハイオ)およびケムコア(ChemCore)(ニューヨーク)のようなその他の商業的供給者は、種々のワックスをコーティングおよび他の用途に用いられるエマルションに変換する。   Commercial sources of oil-derived waxes include CITGO, ExxonMobil, Shell Oil and the like. Most of these waxes originate from a lubricating oil purification process, in which the wax is separated from the lubricating oil fraction and purified into various wax fractions including paraffin and microcrystalline wax. Additional commercial sources of waxes include manufacturers such as Astor Wax, IGI, and Moore & Munger that supply waxes for prior art applications. These waxes are often resold “as is” from oil companies and / or formulated and repackaged to meet specific consumer requirements. Other commercial suppliers, often referred to as “emulsion houses”, such as Michelman (Ohio) and ChemCore (New York), use various waxes for coatings and other applications. Convert to

従来技術には、エマルションへの配合用に石油由来のワックスおよび合成ワックスを用いることは記載されているが、エマルションに植物由来のワックスを用いることには言及していない。世界の石油の供給が有限であり、枯渇しつつあることを考慮すると、供給が減少しつつある限られた天然資源由来の石油ワックス等の石油由来製品の代替品を開発することに対する要求が長期に亘って認識されている。ワックスエマルションは食品の包装用途に頻繁に用いられるため、安全のために食品グレードの特性を有するワックスもまた、好ましい。天然由来であり、長期間に亘る悪影響なく環境に容易にリサイクルされうる材料をエマルションに使用することに対する要求もまた、長期に亘って認識されている;例えば、ワックスベースのコーティングおよび接着剤を有する段ボール箱はリサイクルするのが困難であることが知られている。従って、エマルション製剤に用いられる石油由来または合成のワックスと類似の特性を有するワックスを採用することも要求されている。大量のワックスがこれらの用途に消費されているため、容易に入手可能な組成物もまた、好ましい。供給および天然資源の双方の観点からは、当該組成物は植物抽出物由来のように好ましくは再生可能な源から得られたものであることが好ましい。よって、ワックスは輸入する必要がなく、さらにパラフィンやマイクロクリスタリンワックスのような石油由来のワックスと競合しうるコストで製造可能なものであることが好ましい。   The prior art describes the use of petroleum-derived waxes and synthetic waxes for incorporation into emulsions, but does not mention the use of plant-derived waxes in emulsions. Considering that the world's oil supply is finite and depleted, there is a long-term need to develop alternatives to petroleum-derived products such as petroleum waxes from limited natural resources that are declining in supply. Recognized. Since wax emulsions are frequently used in food packaging applications, waxes with food grade properties are also preferred for safety. The need to use in emulsions materials that are naturally derived and can be easily recycled to the environment without long-term adverse effects has also been recognized for a long time; for example, having wax-based coatings and adhesives Corrugated boxes are known to be difficult to recycle. Accordingly, it is also required to employ waxes having properties similar to those of petroleum-derived or synthetic waxes used in emulsion formulations. Also readily available compositions are preferred because large amounts of wax are consumed for these applications. From both supply and natural resource perspectives, the composition is preferably obtained from a renewable source, such as from a plant extract. Therefore, it is preferable that the wax does not need to be imported and can be produced at a cost that can compete with petroleum-derived wax such as paraffin and microcrystalline wax.

アニオン性、カチオン性または非イオン性エマルションへの変換が可能であり、比較的高い融点を有し、粘度が低く、優れた防湿特性を有し、および熱的に安定なワックスに対する要求が存在する。また、上記で説明した世界の石油供給を考慮すると、ワックスは石油由来のものよりはむしろ、植物のような再生可能な源から得られうるものであることが好ましい。本発明において用いられるワックスは、これらの要求を満足するものである。   There is a need for waxes that can be converted to anionic, cationic or nonionic emulsions, have relatively high melting points, low viscosity, excellent moisture barrier properties, and thermally stable waxes. . Also, considering the global oil supply described above, the wax is preferably one that can be obtained from a renewable source, such as a plant, rather than one derived from petroleum. The wax used in the present invention satisfies these requirements.

本発明は、トリグリセリドを含む植物油を用いて調製され、約136〜200°F(50〜95℃)の融点を有するエマルションに関する。これらのワックスエマルションは、紙や木のコーティングなどの種々の用途、光沢剤および化粧品用途、インク、塗料および接着剤;並びに、果実のコーティングおよび耐湿性を改善するための石膏製品に用いられる。   The present invention relates to emulsions prepared with vegetable oils containing triglycerides and having a melting point of about 136-200 ° F. (50-95 ° C.). These wax emulsions are used in various applications such as paper and wood coatings, brightener and cosmetic applications, inks, paints and adhesives; and gypsum products to improve fruit coating and moisture resistance.

本発明は、1以上の植物油を硬化させることにより得られる一連のワックスに関する。高度に硬化されると、油の特性は修飾され、高い融点、低い粘度および優れた硬度を有するワックス様となる。本発明のワックスは、高度の官能基を有する点でも独特である。本発明のワックス上の前記官能基の一部を修飾することにより、本発明のワックスは容易に乳化されうる。さらに予期せぬことに、本発明のワックスはまた、ワックス上の官能基をさらにケン化し、これにより当該ワックスをより親水性にしうることから、容易にリサイクルされうることが見出された。さらに他の予期せぬ発見は、ワックスの密度が比較的低く、ワックスがインク、接着剤およびゴミを浮かせて運搬しうることから、ケン化されたワックスがリサイクル工程中にインクおよび接着剤ゴミの分離を促進しうるということである。   The present invention relates to a series of waxes obtained by curing one or more vegetable oils. When highly cured, the oil properties are modified to become wax-like with a high melting point, low viscosity and excellent hardness. The wax of the present invention is also unique in that it has a high degree of functional groups. By modifying a part of the functional group on the wax of the present invention, the wax of the present invention can be easily emulsified. More unexpectedly, it has been found that the waxes of the present invention can also be easily recycled because it can further saponify the functional groups on the wax, thereby making the wax more hydrophilic. Yet another unexpected finding is that the saponified wax is free of ink and adhesive litter during the recycling process because the density of the wax is relatively low and the wax can float and carry the ink, adhesive and litter. It can promote separation.

ワックスエマルションは、主に、水、界面活性物質(特定のエマルションについて所望の特性に応じて、カチオン性、非イオン性またはアニオン性である)、および酸または塩基(しばしばKOH、NaOHまたは種々のアミンの1つから選択される)のいずれかからなる。本技術分野の当業者に周知のように、殺生物剤または安定化剤のような他の成分が添加されうる。殺生物剤、および/または抗微生物剤がエマルションに添加されうるが、特性の殺生物剤または抗微生物剤の選択は、しばしばエマルションの最終用途に依存する。用いられうる殺生物剤としては、メチルまたはエチルヒドロキシパラ安息香酸のようなパラベン、または第4級アンモニウム化合物があり、その他の化合物は本技術分野の当業者に周知である。本発明の製剤において用いられるワックスは天然由来であり、容易に入手可能であり、一般的に安全とみなされており、比較的高い融点を優れた高度および色とともに有していることから、あまり好ましくない合成ワックス(しばしば、ポリエチレンのような石油由来である)に代えて、または、例えばモンタンまたはカルナバ単独のようなあまり入手が容易でない天然由来のワックスに代えて用いられうる。   Wax emulsions mainly consist of water, surfactants (which are cationic, nonionic or anionic, depending on the desired properties for a particular emulsion), and acids or bases (often KOH, NaOH or various amines). Selected from one of these). Other ingredients such as biocides or stabilizers can be added, as is well known to those skilled in the art. Although biocides and / or antimicrobial agents can be added to the emulsion, the selection of a specific biocide or antimicrobial agent often depends on the end use of the emulsion. Biocides that can be used include parabens such as methyl or ethylhydroxyparabenzoic acid, or quaternary ammonium compounds, other compounds well known to those skilled in the art. The waxes used in the formulations of the present invention are of natural origin, are readily available, are generally considered safe and have a relatively high melting point with excellent altitude and color, so It can be used in place of undesired synthetic waxes (often derived from petroleum such as polyethylene) or in place of less readily available naturally occurring waxes such as montan or carnauba alone.

さらに、本発明において用いられるワックスは、ボール紙や紙などの、適用された物品から容易に除去されうる。これらのワックスは容易に修飾されうることから、かような除去は紙のリサイクルに一般的であると考えられる条件下(温かいアルカリ性水性混合物中へ分散させ、撹拌する)で行われる。さらに、本発明者らは、本発明において用いられるワックスの比較的低い密度により、紙のリサイクル工程において、ワックスが紙から浮遊し、容易なスキミングおよび除去のために自身とともにインクおよび他のリサイクルゴミを運ぶことから、紙のリサイクル工程におけるインクおよび他のゴミの分離が促進されることを見出した。処理された商品からのこれらのワックスの除去が容易であることから、当該ワックスを含有するエマルションは、紡糸および/または製織の工程などにおいてワックスの潤滑特性およびサイジング特性が必要とされうるが、乾燥またはデサイジングのような後段階でワックスが除去されることが好ましい、繊維用途での使用に適切なものとされる。新規なワックスの生分解性により、当該ワックスは天然有機材料を取り扱いうるごみ処理場への廃棄に特に好適なものとされる。新規なワックスエマルションの果実への用途もまた、水分の蒸散を低減させ、農産物の貯蔵期間を延長させる能力を通じた有用な特性を有することが示されている。   Furthermore, the wax used in the present invention can be easily removed from applied articles such as cardboard and paper. Since these waxes can be easily modified, such removal is carried out under conditions considered to be common for paper recycling (dispersed in a warm alkaline aqueous mixture and stirred). Furthermore, due to the relatively low density of the waxes used in the present invention, the inventors suspended the wax from the paper during the paper recycling process, along with ink and other recycled waste with itself for easy skimming and removal. It has been found that separation of ink and other garbage in the paper recycling process is facilitated. Since removal of these waxes from the treated product is easy, emulsions containing such waxes may require the lubricating and sizing properties of the wax in spinning and / or weaving processes, etc. Or it is suitable for use in fiber applications where it is preferred that the wax be removed at a later stage such as desizing. The biodegradability of the new wax makes it particularly suitable for disposal in a landfill that can handle natural organic materials. The use of novel wax emulsions on fruits has also been shown to have useful properties through the ability to reduce moisture transpiration and extend the shelf life of produce.

本発明は、エマルションを作製するのに用いられる天然ワックスを開示する。当該ワックスは商業的に入手可能な、ダイズ、ヤシ、ヒマシ、カノーラおよび油が得られる他の穀物などの天然油を含有する商品の加工により得られる高トリグリセリドワックスである。異なる硬化度を有する植物油が食品工業において用いられている。料理用油としては、不飽和油が好ましい。本発明において用いられる、商業的に入手可能であるが高度に硬化されたワックスは、食品工業における用途が制限されるために、さほど広く製造または使用されてはいない。本発明において用いられるワックスは商業的に入手可能である。材料は、その製品番号86−197−0で示されるアーチャー ダニエルズ ミッドランド(ジケーター III)、その製品番号800mrcs0000uで示されるカーギル インコーポレイテッド(ワイザタ、ミネソタ州)、および一般名「硬化ダイズ油」での他の源により加工され、供給される。ヤシ油ワックスは、カスタム ショートニングス アンド オイルズ(リッチモンド、バージニア州)により供給され、その製品番号マスター シェフ ステイブル フレーク−P(Master Chef Stable Flake−P)として示された。硬化ヒマシ油とダイズワックスとの混合物はまた、ステフォテックス(STEFOTEX)の商標で販売されており、アビテック(abitec)グループ(コロンブス、オハイオ州、植物油由来のワックスの混合および配合業者である)から得られた。   The present invention discloses natural waxes used to make emulsions. The wax is a commercially available high triglyceride wax obtained by processing commodities containing natural oils such as soybean, palm, castor, canola and other grains from which oil is obtained. Vegetable oils with different degrees of hardening are used in the food industry. As cooking oil, unsaturated oil is preferable. Commercially available but highly cured waxes used in the present invention have not been so widely produced or used due to limited applications in the food industry. The wax used in the present invention is commercially available. The materials are Archer Daniels Midland (Dicator III), indicated by its product number 86-197-0, Cargill Incorporated (Wyata, Minnesota), indicated by its product number 800mrcs0000u, and others under the generic name "Hardened Soybean Oil" Processed and supplied by the source. Palm oil wax was supplied by Custom Shortenings and Oils (Richmond, VA) and designated as its product number Master Chef Stable Flakes-P. A mixture of hydrogenated castor oil and soybean wax is also sold under the trademark STEFOTEX and is obtained from the abitec group (columbus, OH, a blend and blender of vegetable oil-derived waxes). It was.

発明の概要
本発明の目的は、水性ワックスエマルション中に配合されうるワックス組成物を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a wax composition that can be formulated into an aqueous wax emulsion.

本発明の他の目的は、植物由来ワックスを用いて調製される、安定な一連のエマルションを提供することである。   Another object of the present invention is to provide a series of stable emulsions prepared with plant derived waxes.

本発明の他の目的は、後に紙、板紙、段ボール原紙、他のセルロース製品などのような物品に塗布されて、消費者のための包装および他の工業用途に用いるための耐湿性をこれらに付与しうる、ワックスベースのエマルションを提供することである。   Another object of the present invention is to later apply to articles such as paper, paperboard, cardboard, other cellulosic products, etc. to make them moisture resistant for use in consumer packaging and other industrial applications. It is to provide a wax-based emulsion that can be applied.

本発明のさらに他の目的は、現在多くのワックスベースのエマルション製剤に用いられている石油由来のワックスの代替品として、ワックスベースのエマルション製剤中に配合されうる組成物を提供することである。   Yet another object of the present invention is to provide a composition that can be incorporated into wax-based emulsion formulations as an alternative to petroleum-derived waxes currently used in many wax-based emulsion formulations.

本発明の他の目的は、ワックスベースのエマルション製剤中に配合された際に、当該製剤の他の成分と適合し、安定なエマルションを形成する組成物を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a composition that, when formulated in a wax-based emulsion formulation, is compatible with the other ingredients of the formulation and forms a stable emulsion.

本発明のさらに他の目的は、紙または他のセルロース製商品のコーティングに用いられるエマルション中に配合され、そして耐湿性を付与する目的で物品にコーティング製剤を塗布した際に、当該コーティングが、石油由来のワックスを用いて調製される従来のワックスベースのエマルション製剤のコーティング特性に類似した特性を有する組成物を提供することである。   Yet another object of the present invention is that when the coating formulation is applied to an article for the purpose of imparting moisture resistance, it is incorporated into an emulsion used to coat paper or other cellulosic goods. It is to provide a composition having properties similar to the coating properties of conventional wax-based emulsion formulations prepared with the derived wax.

本発明のさらに他の目的は、再生可能でない石油ベースの組成物に代えて、再生可能な資源から得られうる組成物を提供することである。   Yet another object of the present invention is to provide a composition that can be obtained from renewable resources instead of a non-renewable petroleum-based composition.

本発明のさらに他の目的は、セルロース製商品および他の製品のコーティングを含む用途に用いるのにより経済的であり、そのために天然由来ではあるがより高価で入手しにくいワックス(例えば、カルナバ)に代替しうる天然由来の組成物を提供することである。   Yet another object of the present invention is more economical to use for applications involving cellulosic products and coatings of other products, and thus to a wax that is naturally derived but more expensive and less accessible (eg, carnauba). It is to provide a naturally occurring composition that can be substituted.

本発明のさらに他の目的は、水分の蒸散を低減させ、農産物の貯蔵期間を延長するための果実のコーティングを含む用途に用いるのにより経済的であり、そのために天然由来ではあるがより高価で入手しにくいワックス(例えば、カルナバ)に代替しうる天然由来の組成物を提供することである。   Yet another object of the present invention is more economical to use in applications involving fruit coatings to reduce moisture transpiration and extend the shelf life of agricultural products, and thus are naturally derived but more expensive. It is to provide a naturally-derived composition that can replace a hard-to-obtain wax (eg, carnauba).

本発明のさらに他の目的は、再生可能な資源から得ることができ、経済的に製造されうる組成物を提供することである。   Yet another object of the present invention is to provide a composition that can be obtained from renewable resources and can be produced economically.

本発明の他の目的は、食品の包装およびコーティングに用いるための、食品医薬品局(FDA)により安全であると通常みなされる特性を有する組成物を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a composition having properties that are normally considered safe by the Food and Drug Administration (FDA) for use in food packaging and coating.

本発明者らは、予期せぬことに、ヤシおよびダイズのような高度に硬化された油が、ワックスベースのエマルション化合物において従来の石油ワックスおよび合成ワックスの代替品として有効に用いられうるワックスへと変換されうることを見出した。   The inventors have unexpectedly found that highly hardened oils such as palm and soy can be effectively used as an alternative to conventional petroleum and synthetic waxes in wax-based emulsion compounds. And found that it can be converted.

本発明は、ワックス様の特性を有し、従来の乳化方法を用いて水エマルション中に配合されて、石油由来のワックスを含有するエマルション製剤に類似のバリア特性およびコーティング特性を有するエマルションを製造しうる、高度に硬化された植物油(ヤシ、ダイズ、トウモロコシ、ヒマシ、カノーラなどから得られる)を含む。天然由来の再生可能な資源から得られる本発明のワックスによれば、アニオン性、カチオン性および非イオン性条件下において乳化され、約45%固形物までの固形物含量を有するエマルションを製造された。ダイズワックスおよびヤシワックスは実質的に、90%超のトリグリセリドを含み、その脂肪酸成分がパルミチン酸およびステアリン酸(ステアリン酸(C18)がより主要(50%超)である)を含む硬化油からなる。これに対し、ヒマシ油は、約1%のステアリン酸と、主成分としてのリシノール酸(約90%)を含有する。ワックス組成物は低いヨウ素価(2〜5の間)、および約120〜185°Fの間の融点(メトラー滴点(Mettler Drop Point))を有する。本発明のワックス組成物はまた、従来のワックスを用いて調製された箱よりもより容易に後にリサイクルされうる、ワックスコートされた箱のような繊維性セルロース製品の製造において、添加剤として(コーティングとして)も用いられうる。板紙などの繊維性セルロース製品をコーティングするために用いられた場合、エマルションの性能は石油由来のワックスを含有するエマルションに類似していた。本発明のワックスエマルションはまた、それ自身でまたはコーティングとしての他の成分と組み合わされて、果実または他の農産物のような食品の水分の蒸散を低減させ、または貯蔵期間を延長させるためにも用いられうる。本発明のワックスは、コーティング、光沢剤、接着剤、紙製品、板紙および他の製造作業において、石油由来のワックスまたはより高価な天然由来のワックスの代替品として用いられる。 The present invention produces an emulsion that has wax-like properties and is blended into a water emulsion using conventional emulsification methods to have similar barrier and coating properties to emulsion formulations containing petroleum-derived waxes. Contains highly hardened vegetable oils (obtained from palm, soybean, corn, castor, canola, etc.). According to the waxes of the present invention obtained from naturally derived renewable resources, emulsions have been produced which are emulsified under anionic, cationic and nonionic conditions and have a solids content of up to about 45% solids. . Soy wax and coconut wax substantially contain more than 90% triglycerides, and their fatty acid components are from hardened oils containing palmitic acid and stearic acid (stearic acid (C 18 ) is more predominant (greater than 50%)). Become. In contrast, castor oil contains about 1% stearic acid and ricinoleic acid (about 90%) as the main component. The wax composition has a low iodine number (between 2-5) and a melting point (Mettler Drop Point) between about 120-185 ° F. The wax composition of the present invention may also be used as an additive in the manufacture of fibrous cellulosic products such as wax-coated boxes (coating) that can be more easily recycled later than boxes prepared using conventional waxes. As). When used to coat fibrous cellulosic products such as paperboard, the performance of the emulsion was similar to an emulsion containing petroleum derived wax. The wax emulsions of the present invention can also be used by themselves or in combination with other ingredients as a coating to reduce the transpiration of foods such as fruits or other agricultural products or to extend the shelf life. Can be. The waxes of the present invention are used as an alternative to petroleum derived waxes or more expensive naturally derived waxes in coatings, brighteners, adhesives, paper products, paperboard and other manufacturing operations.

図面の簡単な説明
図1は、硬化油を製造するための工程を示すフローチャートである。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a flowchart showing a process for producing a hardened oil.

図2は、ダイズワックスベースのエマルションを用いた柑橘類果実のコーティングの、重量減少に対する効果を示す。   FIG. 2 shows the effect of citrus fruit coating with soy wax based emulsion on weight loss.

好ましい実施形態の詳細な説明
本発明は、石油由来のワックスの代替品として用いられうる、植物由来のワックス組成物を用いて調製されるエマルションに関する。より詳細には、本発明は、植物由来のワックス組成物を用いて調製される水へのワックスエマルションを開示する。本発明において用いられるワックスは再生可能な源から経済的に製造されうるため、当該ワックスはまた、本明細書中に記載される種々の用途において、天然由来ではあるがより製造が高価なワックスや、石油由来のワックスもしくは合成ワックスを含有するコーティング、またはカルナバのような入手しにくい天然由来のワックスの特性を代替しうる(表3を参照)。天然由来のワックスおよび合成ワックスは、以下に制限されないが、例えば、床の光沢剤のような、消費者用途および工業的用途のための化粧品、食品、潤滑剤、個人衛生、医薬品および光沢剤などの広範な工業の代表例において広く用いられている。他の用途としては、繊維柔軟剤およびサイジング剤、果実のコーティング、水性のインクおよび塗料、石膏、パーティクルボードのような建材のコーティング、段ボール紙、板紙、段ボール原紙、積層紙のような紙製品、並びに肥料のコーティングが挙げられる。ワックスという語は、広範な種類の有機エステルおよびワックス様化合物を示すために用いられ、化学構造は多岐に亘り、広範囲の融点を示す。周囲の温度に応じて、同一の化合物が「ワックス」、「脂肪」または「油」と称されうることがよくある。当該化合物がどのような名前で称されたとしても、特定用途のためのワックスの選択は、当該ワックスが用いられる製品の温度において当該ワックスが液体であるかまたは固体であるかによって決定されることがよくある。所定の目的に有用とするためには、ワックスを高度に精製し、化学的に修飾する必要があることが頻繁にある。修飾のためのかような努力にもかかわらず、ワックスの多くの物理的特性によって、依然として当該ワックスを好適に用いることが妨げられ、または当該ワックスを商業的に使用可能とするために高度で頻回の、高価なさらなる処理が必要とされる。
DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS The present invention relates to emulsions prepared using plant-derived wax compositions that can be used as a substitute for petroleum-derived waxes. More particularly, the present invention discloses a wax emulsion in water prepared using a plant-derived wax composition. Because the waxes used in the present invention can be economically produced from renewable sources, the waxes are also naturally derived but more expensive to produce in various applications described herein. The properties of coatings containing petroleum-derived or synthetic waxes, or naturally-occurring waxes such as carnauba, may be substituted (see Table 3). Naturally derived waxes and synthetic waxes include, but are not limited to, cosmetics, foods, lubricants, personal hygiene, pharmaceuticals and brighteners for consumer and industrial applications, such as floor brighteners, etc. Widely used in a wide range of industry representatives. Other applications include fabric softeners and sizing agents, fruit coatings, water-based inks and paints, gypsum, coatings for building materials such as particleboard, paper products such as corrugated paper, paperboard, cardboard base paper, laminated paper, As well as a fertilizer coating. The term wax is used to denote a wide variety of organic esters and wax-like compounds, the chemical structure is diverse and exhibits a wide range of melting points. Depending on the ambient temperature, the same compound can often be referred to as “wax”, “fat” or “oil”. Whatever name the compound is named, the choice of wax for a particular application is determined by whether the wax is liquid or solid at the temperature of the product in which the wax is used. There is often. Often the wax needs to be highly purified and chemically modified in order to be useful for a given purpose. Despite such efforts for modification, many physical properties of the wax still prevent the wax from being used favorably, or are highly and frequently used to make the wax commercially available. However, expensive and further processing is required.

トリグリセリドは、グリセロールの脂肪酸エステルである。本明細書において用いられる場合、「遊離脂肪酸」という語は、エステル結合を介してグリセロールに共有結合していない脂肪酸を意味するものとする。「脂肪酸成分」という語は、エステル結合を介してグリセロールに共有結合している脂肪酸を記述するのに用いるものとする。   Triglycerides are fatty acid esters of glycerol. As used herein, the term “free fatty acid” shall mean a fatty acid that is not covalently bonded to glycerol via an ester bond. The term “fatty acid component” is used to describe a fatty acid that is covalently bonded to glycerol via an ester bond.

天然由来のカルボン酸(「脂肪酸」)およびその誘導体、より一般的にはグリセロール分子の3つのヒドロキシ基が全てカルボン酸によりエステル化されたグリセリル誘導体が、商業的には用いられる。前記カルボン酸は、飽和であっても不飽和であってもよい。3置換グリセロール(トリグリセリド、トリアシルグリセロールとも称される)は、ほとんどの動物性および植物性脂肪、油およびワックスの主成分である。グリセロール分子の3つの全てのヒドロキシ基が同一の脂肪酸によりエステル化されている場合には、当該3置換グリセロールは一酸トリグリセリドと称される。トリグリセリドが「ワックス」、「脂肪」または「油」のいずれで称されるかは、特徴づけがなされる際の周囲温度に加えて、エステル化された酸の鎖長およびその飽和または不飽和の程度に依存する。一般的に、エステル化された酸の飽和の程度が上昇し、鎖長が長くなるにつれて、トリグリセリドの融点は高くなる。商業的に用いられている多くのトリグリセリドおよび遊離脂肪酸は、好ましくは、ダイズ、カノーラ、綿実、トウモロコシ、オレンジ、アマニ、ヤシ、ピーナッツ、ベニバナ、ダイズ、およびヒマワリの油などの植物源から得られる。トリグリセリドは、以下に制限されないが、植物性トリグリセリドを得るための脂肪族溶媒を用いた植物バイオマスの溶媒抽出のような本技術分野の当業者に周知の方法を用いて精製された後に用いられる。その後の追加の精製としては、蒸留、分別晶出、脱ガム、漂白、および水蒸気蒸留が挙げられる。得られたトリグリセリドは、部分的にまたは完全に硬化される。さらに、脂肪酸は天然トリグリセリドの加水分解(例えば、アルカリ加水分解と、それに続く蒸留および水蒸気蒸留などの本技術分野において周知の方法による精製)によって、または石油化学的脂肪族アルコールからの合成によって得てもよい。遊離脂肪酸、トリグリセリドなどはまた、カーギル、アーチャー ダニエルズ ミッドランドおよびセントラル ソヤ(Central Soya)のような商業的供給源から得てもよい。   Naturally occurring carboxylic acids ("fatty acids") and derivatives thereof, more commonly glyceryl derivatives in which all three hydroxy groups of the glycerol molecule are esterified with carboxylic acids are used commercially. The carboxylic acid may be saturated or unsaturated. Tri-substituted glycerol (also called triglyceride, triacylglycerol) is the main component of most animal and vegetable fats, oils and waxes. When all three hydroxy groups of a glycerol molecule are esterified with the same fatty acid, the trisubstituted glycerol is referred to as a monoacid triglyceride. Whether triglycerides are referred to as “wax”, “fat” or “oil”, in addition to the ambient temperature at which the characterization is made, the chain length of the esterified acid and its saturated or unsaturated Depends on the degree. In general, as the degree of saturation of the esterified acid increases and the chain length increases, the melting point of the triglyceride increases. Many commercially used triglycerides and free fatty acids are preferably obtained from plant sources such as soybean, canola, cottonseed, corn, orange, flaxseed, palm, peanut, safflower, soybean, and sunflower oil . Triglycerides are used after being purified using methods well known to those skilled in the art such as, but not limited to, solvent extraction of plant biomass with aliphatic solvents to obtain plant triglycerides. Subsequent additional purification includes distillation, fractional crystallization, degumming, bleaching, and steam distillation. The resulting triglycerides are partially or completely cured. In addition, fatty acids can be obtained by hydrolysis of natural triglycerides (eg, alkaline hydrolysis followed by purification by methods well known in the art such as distillation and steam distillation) or by synthesis from petrochemical fatty alcohols. Also good. Free fatty acids, triglycerides and the like may also be obtained from commercial sources such as Cargill, Archer Daniels Midland and Central Soya.

本発明において、遊離脂肪酸およびトリグリセリドの脂肪酸成分は飽和しており、種々の鎖長を有する。コーティングが用いられる温度においてコーティング組成物が固体である場合には、遊離脂肪酸およびトリグリセリドの脂肪酸成分は不飽和であってもよい。遊離脂肪酸/トリグリセリド混合物の融点などの特性は、遊離脂肪酸の鎖長および飽和度、並びにトリグリセリドの脂肪酸成分の関数として変動する。例えば、飽和度が低下すると、融点は低下する。同様に、脂肪酸の鎖長が短くなると、融点は低下する。好ましい遊離脂肪酸は、パルミチン酸、オレイン酸、ステアリン酸、アラキドン酸およびベヘニル酸などの飽和脂肪酸である。ステアリン酸(C18の飽和脂肪酸)は、より好ましい。リシノール酸((9Z,12R)−12−ヒドロキシ−9−オクタデセン酸)は、C18のヒドロキシ不飽和脂肪酸である。以下にさらに記載するように、リシノール酸は、低濃度のオレイン酸、リノール酸およびパルミチン酸を含有する、ヒマシ油およびヒマシワックスの主成分である。 In the present invention, the fatty acid components of free fatty acids and triglycerides are saturated and have various chain lengths. If the coating composition is solid at the temperature at which the coating is used, the free fatty acid and fatty acid component of the triglyceride may be unsaturated. Properties such as the melting point of the free fatty acid / triglyceride mixture vary as a function of the chain length and saturation of the free fatty acid and the fatty acid component of the triglyceride. For example, as the degree of saturation decreases, the melting point decreases. Similarly, as the chain length of the fatty acid decreases, the melting point decreases. Preferred free fatty acids are saturated fatty acids such as palmitic acid, oleic acid, stearic acid, arachidonic acid and behenylic acid. Stearic acid ( C18 saturated fatty acid) is more preferred. Ricinoleic acid ((9Z, 12R) -12-hydroxy-9-octadecenoic acid) is a C18 hydroxy unsaturated fatty acid. As described further below, ricinoleic acid is the main component of castor oil and castor wax, containing low concentrations of oleic acid, linoleic acid and palmitic acid.

ヨウ素数とも称されるヨウ素価「I.V.」は、化合物の飽和または不飽和の程度の尺度である。ヨウ素価としては、所定時間に化合物または混合物により吸収されるヨウ素の量を測定する。よって、植物油のような不飽和材料について用いられる場合、IVは化合物または混合物の不飽和または二重結合の数の尺度となる。   The iodine value “IV”, also referred to as iodine number, is a measure of the degree of saturation or unsaturation of a compound. As the iodine value, the amount of iodine absorbed by the compound or mixture in a predetermined time is measured. Thus, when used with unsaturated materials such as vegetable oils, IV is a measure of the number of unsaturated or double bonds in the compound or mixture.

植物油または動物性脂肪は、低いまたはとても低いヨウ素価を有するように、本技術分野の当業者に周知の方法を用いて合成的に硬化されうる。元来主に飽和トリグリセリドからなる脂肪(例えば、ヤシ油または分画脂肪)は、複合材料としての耐水性を向上させるために、単独でまたは接着剤/ラミナント(lamimants)との混合製剤で用いられうる(米国特許第6,277,310号)。植物油の主成分はトリアシルグリセロールである。   Vegetable oils or animal fats can be synthetically cured using methods well known to those skilled in the art to have a low or very low iodine number. Fats consisting primarily of saturated triglycerides (eg coconut oil or fractionated fat) are used alone or in mixed formulations with adhesives / laminates to improve water resistance as a composite material. (U.S. Pat. No. 6,277,310). The main component of vegetable oil is triacylglycerol.

低いヨウ素価(約0〜約70のヨウ素価、好ましくは約0〜約30のヨウ素価の範囲に亘る)を有する飽和トリグリセリドは、ダイズ、ダイズステアリン、ステアリン、トウモロコシ、綿実、ナタネ、カノーラ、ヒマワリ、ヤシ、ヤシ核、ココナッツ、クランベリー、アマニ、ピーナッツの油、魚油およびトール油;またはラードおよび獣脂などの動物性脂肪、並びにこれらの混合物のような市販の油の硬化により製造されうる。これらの油はまた、高い割合の脂肪酸を有する低IV油を得るために、遺伝子組換え植物から製造されてもよい。   Saturated triglycerides having low iodine numbers (ranging from about 0 to about 70 iodine numbers, preferably ranging from about 0 to about 30 iodine numbers) are soybeans, soybean stearin, stearin, corn, cottonseed, rapeseed, canola, It can be made by curing commercially available oils such as sunflower, palm, palm kernel, coconut, cranberry, flaxseed, peanut oil, fish oil and tall oil; or animal fats such as lard and tallow, and mixtures thereof. These oils may also be produced from genetically modified plants to obtain low IV oils with a high proportion of fatty acids.

脂肪は一般的に、当該脂肪のより硬い画分が結晶化しうるのに十分長い時間に亘って混合物を冷却する、「脱ロウ(winterization)」として知られる工程により分画される。この冷却後には、より硬い画分が濾過ケーク中に保持されるように濾過を行う。これらのより硬い画分はより低いヨウ素価を有し、従って、分離されたもとの脂肪の融点よりも高い融点を有する。よって、脱ロウはまた、低IV脂肪の源としても用いられうる。   Fat is generally fractionated by a process known as “winterization” that cools the mixture for a time long enough for a harder fraction of the fat to crystallize. After this cooling, filtration is performed so that a harder fraction is retained in the filter cake. These harder fractions have a lower iodine number and thus have a higher melting point than that of the separated original fat. Thus, dewaxing can also be used as a source of low IV fat.

上記の脱ロウ工程は、一般的に動物性脂肪を分画するために用いられ、よって、異なるヨウ素価、およびその結果として異なる化学的特性を有する種々の動物性脂肪の画分を製造可能である。これらの画分は、上述した植物または植物抽出物のような他の源から得られた脂肪酸および遊離脂肪酸と混合されてもよい。   The above dewaxing process is generally used to fractionate animal fats, and thus can produce various animal fat fractions with different iodine numbers and consequently different chemical properties. is there. These fractions may be mixed with fatty acids and free fatty acids obtained from other sources such as the plants or plant extracts described above.

ワックスベースのエマルションは一般的に、段ボール紙、段ボール箱などの製造に用いられる。これらはまた、床の光沢剤、繊維の柔軟剤やサイジング剤、果実のコーティング、化粧品製剤、水性のインクや塗料、石膏の製造、および肥料のコーティングのように多様に用いられる。これらの用途の多くにおいて、性能には水分の蒸散を防止するワックスの特性が重要である。本発明のワックスはパラフィンワックスに匹敵する水分蒸散防止特性を有することが示されている(表5を参照)。   Wax-based emulsions are commonly used in the manufacture of corrugated paper, cardboard boxes and the like. They are also used in a variety of applications, such as floor brighteners, fiber softeners and sizing agents, fruit coatings, cosmetic formulations, aqueous inks and paints, gypsum manufacture, and fertilizer coatings. In many of these applications, the properties of the wax that prevent moisture transpiration are important for performance. The waxes of the present invention have been shown to have moisture transpiration prevention properties comparable to paraffin wax (see Table 5).

エマルションは用途に応じて種々の濃度および添加レベルで用いられる。例えば果実のコーティング用途においてワックスは、果実に対して光沢を付与するためのセラックをも含むことが多い製剤の大部分を含みうる。紙の用途において、または他の繊維性セルロース製品に用いる場合に、ワックスベースのエマルションはそのまま(すなわち、希釈せずに)用いられることができ、またはコーティングもしくはサイジング製剤中に配合される場合には希釈されてもよい。前記用途には通常、好ましいイオン性荷電が関連している。例えば繊維では、カチオン性ワックスエマルションはアニオン性または非イオン性エマルションよりも繊維または布に対して優れた親和性を有し、カチオン性エマルションはワックスが繊維/布を集めるのを手助けするのに一般的に用いられる。乳化剤とも称される界面活性剤(すなわち、界面活性物質)としては、ノニルフェノールエトキシレートおよびその他の商業的供給源から入手可能なエトキシレートが挙げられる。例えば、アルコールエトキシレート、アルキルアミンエトキシレート、アルキルフェノールエトキシレート、オクチルフェノールエトキシレートなどが挙げられる。多くの脂肪酸エステルのような他の界面活性剤;例えば、以下に制限されないが、グリセロールエステル、ポリエチレングリコールエステルおよびソルビタンエステル、並びに獣脂アミンのようなアミド化された脂肪酸エステルが用いられてもよい。   Emulsions are used at various concentrations and addition levels depending on the application. For example, in fruit coating applications, the wax may comprise the majority of formulations that often also contain shellac to impart a gloss to the fruit. In paper applications, or when used in other fibrous cellulosic products, the wax-based emulsion can be used as is (ie, undiluted) or when formulated in a coating or sizing formulation. It may be diluted. Such applications are usually associated with favorable ionic charges. For example, for fibers, cationic wax emulsions have a better affinity for fibers or fabrics than anionic or nonionic emulsions, and cationic emulsions generally help the wax collect fibers / fabrics. Used. Surfactants (ie, surfactants), also called emulsifiers, include nonylphenol ethoxylates and ethoxylates available from other commercial sources. For example, alcohol ethoxylate, alkylamine ethoxylate, alkylphenol ethoxylate, octylphenol ethoxylate and the like can be mentioned. Other surfactants such as many fatty acid esters; for example, but not limited to, glycerol esters, polyethylene glycol esters and sorbitan esters, and amidated fatty acid esters such as tallow amine may be used.

用いられうる非イオン性界面活性剤としては、イジェパル(IGEPAL)(登録商標)CO−630(CAS番号68412−54−4)などのイジェパル(登録商標)の商標(ロディア,インコーポレイテッド、クランベリー、ニュージャージー州)またはポリステップ(POLYSTEP)(登録商標)F−3(ステパン カンパニー(Stepan Co.)、ノースフィールド、イリノイ州)の名で販売されているようなノニルフェニルエトキシレート;アルキルフェノールエトキシレート;イジェパル(登録商標)CAシリーズ化合物などのオクチルフェノールエトキシレート;デシルフェノールエトキシレート;オレイルアルコールエトキシレート;ノニデット(NONIDET)NP−40(CAS番号9016−45−9)などが挙げられる。用いられうる他の非イオン性界面活性剤としては、HLB10.5のトマドール(TOMADOL)(登録商標)25−3/25−9の組み合わせ(トマー ケミカル コーポレイション(Tomah Chemical Corp.)、ミルトン、ウィスコンシン州、エトキシ化直鎖アルコール非イオン性界面活性剤の混合物)またはHLB10.5のテルジトール(TERGITOL)(登録商標)15−S−5/15−S−9の組み合わせ(ダウ ケミカル(Dow Chemical)、ミッドランド、ミシガン州)がある。   Nonionic surfactants that can be used include Igepal (registered trademark) trademarks such as IGEPAL (registered trademark) CO-630 (CAS number 68412-54-4) (Rhodia, Inc., Cranberry, New Jersey). State) or POLYSTEP® F-3 (Stepan Co., Northfield, Ill.) Nonylphenyl ethoxylates; alkylphenol ethoxylates; Octylphenol ethoxylates such as CA series compounds; decylphenol ethoxylates; oleyl alcohol ethoxylates; NONIDET NP-40 (CAS No. 9016-45-9) Etc. Other non-ionic surfactants that may be used include the HLB 10.5 Tomadol® 25-3 / 25-9 combination (Tomah Chemical Corp., Milton, Wis.) , A mixture of ethoxylated linear alcohol non-ionic surfactants) or a combination of HLB 10.5 TERGITL® 15-S-5 / 15-S-9 (Dow Chemical, Midland) Michigan).

一般的に、用いられる上記の界面活性剤は特定の範囲のHLB値を有し、これらに代えて類似の特性を有する界面活性剤を用いてもよい。   In general, the surfactants used have a specific range of HLB values, and surfactants having similar properties may be used instead.

カチオン性界面活性剤としては、イミダゾリン、ジエチルアミン、または獣脂アミンであるTAM−5もしくはTAM−15のようなエトキシ化されたアミンが挙げられる。用いられる上記の界面活性剤は特定の範囲のHLB値を有し、これらに代えて類似の特性を有する界面活性剤を用いてもよい。   Cationic surfactants include imidazolines such as imidazoline, diethylamine, or tallow amines such as TAM-5 or TAM-15. The above-mentioned surfactant used has a specific range of HLB values, and a surfactant having similar characteristics may be used instead.

紙からのインクの除去に用いられる特定の界面活性剤としては、アンタロックス(ANTAROX)(ロディア インコーポレイテッド、クランベリー ニュージャージー州)グループのものが挙げられる。これらの化合物には、非イオン性分散剤、エチレンオキシド−プロピレンオキシド共重合体、ノニルフェノールエチレンオキシド−プロピレンオキシド、およびポロキソマー(poloaxomers)が含まれる。イリノイのネーパーヴィルのオンデオ ナルコ(ONDEO Nalco)のような会社もまた、特定の消費者のインク除去および再パルプ化の要求を満足させるために調製される特注の混合界面活性剤を供給する。   Specific surfactants used to remove ink from paper include those from the ANTAROX (Rodia Inc., Cranberry, NJ) group. These compounds include nonionic dispersants, ethylene oxide-propylene oxide copolymers, nonylphenol ethylene oxide-propylene oxide, and poloxamers. Companies such as ONDEO Nalco of Naperville, Illinois also supply custom mixed surfactants that are prepared to meet specific consumer deinking and repulping requirements.

本発明は、トリグリセリドを含む植物性ワックスを用いて調製され、約136〜200°Fの融点を有するエマルションに関する。本発明は、ヨウ素価がゼロに近くトリグリセリドをより熱的に安定にする、硬化トリグリセリドを用いる。当該トリグリセリドは、0〜30の間のヨウ素価を有するものから選択されうるが、2〜5の間のヨウ素価を有するトリグリセリドが好ましい。   The present invention relates to emulsions prepared using vegetable waxes containing triglycerides and having a melting point of about 136-200 ° F. The present invention uses hardened triglycerides, which have a iodine value close to zero and make the triglycerides more thermally stable. The triglyceride can be selected from those having an iodine value between 0 and 30, but triglycerides having an iodine value between 2 and 5 are preferred.

上述したように、ワックスエマルションは主に、水、界面活性物質(特定のエマルションに好ましい特性に応じて、カチオン性、非イオン性またはアニオン性のいずれかである)および酸または塩基(しばしば、KOH、NaOH、もしくは種々のアミンから選択される)から構成される。   As mentioned above, wax emulsions are mainly composed of water, surfactants (which are either cationic, nonionic or anionic, depending on the properties desired for a particular emulsion) and acids or bases (often KOH , NaOH, or various amines).

殺生物剤または他の安定化剤のような他の成分がエマルションに添加されてもよく、これらの剤は本技術分野における当業者に周知である。殺生物剤および/または抗微生物剤がエマルションに添加されてもよく、特定の殺生物剤または殺微生物剤の選択はしばしば、エマルションの最終用途に依存する。用いられうる殺生物剤としては、メチルまたはエチルヒドロキシパラ安息香酸のようなパラベン、または第4級アンモニウム化合物があり、その他の化合物は本技術分野の当業者に周知である。本技術分野の当業者に周知の緩衝剤および増粘剤が本発明のエマルションに添加されてもよい。ホルムアルデヒドのような一般的な保存剤が時々用いられ、食品医薬品局(FDA)や環境保護庁(EPA)などの規制当局の規制を受ける。   Other ingredients such as biocides or other stabilizers may be added to the emulsion and these agents are well known to those skilled in the art. Biocides and / or antimicrobial agents may be added to the emulsion, and the selection of a particular biocide or microbicide often depends on the end use of the emulsion. Biocides that can be used include parabens such as methyl or ethylhydroxyparabenzoic acid, or quaternary ammonium compounds, other compounds well known to those skilled in the art. Buffers and thickeners well known to those skilled in the art may be added to the emulsions of the present invention. Common preservatives such as formaldehyde are sometimes used and are subject to regulation by regulatory agencies such as the Food and Drug Administration (FDA) and the Environmental Protection Agency (EPA).

本発明の調製に用いられるワックスは天然由来であり、入手が容易で、一般には安全とみなされ、優れた硬度および色とともに比較的高い融点を有することから、これらのワックスはあまり好ましくない合成ワックス(しばしば、ポリエチレンのような石油由来である)に代えて、または、例えばモンタンまたはカルナバ単独のようなあまり入手が容易でない天然由来のワックスに代えて用いられうる。   The waxes used in the preparation of the present invention are naturally derived, readily available, generally considered safe, and have a relatively high melting point with excellent hardness and color, so these waxes are less preferred synthetic waxes It can be used instead of (often derived from petroleum such as polyethylene) or in place of a less readily available natural wax such as montan or carnauba alone.

本発明は、ワックスベースのエマルション製剤に用いるための天然ワックスである。この製品は商業的に入手可能な、ダイズ、ヤシ、ヒマシ、カノーラおよび油が得られる他の穀物などの天然油を含有する商品の加工により得られる高トリグリセリドワックスである。本発明において用いられるワックスはヤシ油ワックスおよびダイズワックス並びに、硬化油から調製されるヒマシ油とのこれらの組み合わせである。材料は、カス ケム(Cas Chem)(ベイオン、ニュージャージー州)、その製品番号86−197−0で示されるアーチャー ダニエルズ ミッドランド(ジケーター III);その製品番号800mrcs0000uで示されるカーギル インコーポレイテッド(ワイザタ、ミネソタ州);および一般名「硬化ダイズ油」での他の源により加工され、供給される。ヤシ油ワックスは、カスタム ショートニングス アンド オイルズ(リッチモンド、バージニア州)により供給され、その製品番号マスター シェフ ステイブル フレーク−Pとして示された。またダイズワックスはマーカス ナット(Marcus Nat)155の商品名で、マーカス オイル アンド ケミカル コーポレイション(Marcus Oil and Chemical Corp.)、ヒューストン、テキサス州、から供給された;これらの添加剤はまた、食品添加剤としても用いられうる。   The present invention is a natural wax for use in wax-based emulsion formulations. This product is a commercially available high triglyceride wax obtained by processing commodities containing natural oils such as soybeans, palm, castor, canola and other grains from which oil is obtained. The wax used in the present invention is a combination of coconut oil wax and soybean wax, and castor oil prepared from hydrogenated oil. Materials are: Cas Chem (Baion, NJ), Archer Daniels Midland (Dicator III), shown with its product number 86-197-0; Cargill Inc. (Wyata, MN), shown with its product number 800 mrcs0000u ); And other sources under the generic name “hardened soybean oil”. Palm oil wax was supplied by Custom Shortenings and Oils (Richmond, VA) and was designated as its product number Master Chef Stable Flakes-P. Soy wax was also supplied by Marcus Oil and Chemical Corp., Houston, TX, under the trade name Marcus Nat 155; these additives are also food additives Can also be used.

ダイズワックスおよびヤシワックスの特性を表1および表2にまとめたが、これらのワックスはそれぞれ、5および2の間のIVを有することが示される。   The properties of soy wax and palm wax are summarized in Tables 1 and 2, which are shown to have an IV between 5 and 2, respectively.

メトラー滴点として測定した場合、ダイズ油ワックスは155〜160°Fの融点を有するのに対し、ヤシ油ワックスの融点は136〜142°Fである。   When measured as a Mettler dropping point, soybean oil wax has a melting point of 155-160 ° F, whereas palm oil wax has a melting point of 136-142 ° F.

ヤシワックスおよびダイズワックスはさらに、210°Fの温度にて10〜200cpsの粘度を有することにより特徴付けられる。ヤシワックスおよびダイズワックスはそれぞれ、微量の脂肪酸とともに93重量%のトリグリセリドを含む。当該トリグリセリドは、ケン化価を得るために、KOHのような塩基の添加によりケン化されうる。ケン化価は主に、植物性ワックスの源の関数である脂肪酸の鎖長に依存して変動する。硬化ダイズワックスおよび硬化ヤシワックスについてのケン化価は、通常180〜200mgKOH/gの範囲である(表1および表2)。   Palm wax and soy wax are further characterized by having a viscosity of 10-200 cps at a temperature of 210 ° F. Palm wax and soy wax each contain 93% by weight triglycerides along with trace amounts of fatty acids. The triglyceride can be saponified by the addition of a base such as KOH to obtain a saponification value. The saponification number varies mainly depending on the chain length of the fatty acid, which is a function of the source of vegetable wax. The saponification value for hardened soybean wax and hardened palm wax is usually in the range of 180-200 mg KOH / g (Tables 1 and 2).

ガス液体クロマトグラフィ(「GLC」)の周知の方法を用いてヤシワックスおよびダイズワックスの脂肪酸含量を分析するとダイズワックスは82〜94%のステアリン酸(C18:0)および3〜14%のパルミチン酸(C16:0)を含むことがわかった。これと比べると、ヤシ油ワックスは約55%のステアリン酸(C18:0)、39.5%のパルミチン酸(C16:0)、1.1%のミリスチン酸(C14:0)および約1.0%のオレイン酸(C18:1)を含む。 Analysis of the fatty acid content of coconut wax and soy wax using well known methods of gas liquid chromatography (“GLC”) reveals that soy wax is 82-94% stearic acid (C 18: 0 ) and 3-14% palmitic acid. It was found to contain (C 16: 0 ). In comparison, coconut oil wax is about 55% stearic acid (C 18: 0 ), 39.5% palmitic acid (C 16: 0 ), 1.1% myristic acid (C 14: 0 ) and Contains about 1.0% oleic acid ( C18: 1 ).

ヒマシワックスは、ダイズワックスおよびヤシワックスがそれらの対応する油から調製されるのと同様にして、ヒマシ油から得られる。ヒマシ油は、トウゴマ草木の種子から得られる天然油である。ヒマシ油は、約90%のリシノール酸(9−10位の二重結合および12番目の炭素上のヒドロキシル基を有するC18のヒドロキシ不飽和脂肪酸である、(9Z,12R)−12−ヒドロキシ−9−オクタデセン酸)を含む唯一の商業的に重要な油であるという点で、全ての脂肪および油の中でも独特である。ヒマシ油の脂肪酸組成は、37%のリシノール酸、3%のリノール酸、2%のパルミチン酸、1%のステアリン酸および微量のジヒドロステアリン酸であると記載されている(メルクインデックス、第13版、2001、メルク アンド カンパニー インコーポレイテッド、ホワイトハウス ステーション、ニュージャージー州)。ヒマシ油の主要な源は、インド、中国およびブラジルである。科学的および歴史的な記録によれば、その起源にかかわらず、ヒマシ油の化学的性質および組成は非常に均一であることがわかっている。 Castor wax is obtained from castor oil in the same way that soy wax and palm wax are prepared from their corresponding oils. Castor oil is a natural oil obtained from the seeds of castor plant. Castor oil is about 90% ricinoleic acid ((9Z, 12R) -12-hydroxy-, a C 18 hydroxy unsaturated fatty acid having a double bond at the 9-10 position and a hydroxyl group on the 12th carbon). It is unique among all fats and oils in that it is the only commercially important oil containing 9-octadecenoic acid). The fatty acid composition of castor oil is described as 37% ricinoleic acid, 3% linoleic acid, 2% palmitic acid, 1% stearic acid and trace amounts of dihydrostearic acid (Merck Index, 13th edition) , 2001, Merck & Company, Inc., White House Station, NJ). The main sources of castor oil are India, China and Brazil. Scientific and historical records indicate that the chemical nature and composition of castor oil is very uniform, regardless of its origin.

硬化ヒマシ油とも称されるヒマシワックスは、触媒的に硬化されたヒマシ油である(ニッケル触媒存在下でのヒマシ油の硬化)。ヒマシワックスは、水にほとんど不溶性であり通常は有機溶媒中で用いられる、当業者に周知の硬く脆いワックスである。当該ワックスは約84〜88℃(約183〜185°F)の融点を有し、2〜3(mgKOH/g)の酸価、約174〜186(mgKOH/g)のケン化価、および3〜4のヨウ素価を有することにより特徴付けられる(表3)。   Castor wax, also called hydrogenated castor oil, is a catalytically hardened castor oil (hardening of castor oil in the presence of a nickel catalyst). Castor wax is a hard, brittle wax well known to those skilled in the art that is almost insoluble in water and usually used in organic solvents. The wax has a melting point of about 84-88 ° C. (about 183-185 ° F.), an acid number of 2-3 (mg KOH / g), a saponification number of about 174-186 (mg KOH / g), and 3 Characterized by having an iodine number of ~ 4 (Table 3).

ヒマシワックスは、撥水性のある、または油、石油および石油誘導体に耐性のあるコーティングの調製に用いられている。ヒマシワックスの主要な用途はグリースの製造であるが、ヒマシ油はまた、食品の包装用の紙のコーティングや化粧品用途にも用いられ、ヒマシワックスの誘導体は界面活性剤およびプラスチック添加剤として用いられる。これらのワックス中でのステアリン酸含量の相違に留意すべきであり、ヤシワックスおよびダイズワックスは84〜92%のステアリン酸を有するのに対し、ヒマシワックス中には約1%のステアリン酸しか存在しない。   Castor wax has been used to prepare coatings that are water repellent or resistant to oils, petroleum and petroleum derivatives. Castor wax is mainly used in the production of grease, but castor oil is also used in paper coatings for food packaging and cosmetic applications, and castor wax derivatives are used as surfactants and plastic additives. . Note the difference in stearic acid content in these waxes, palm wax and soy wax have 84-92% stearic acid, whereas only about 1% stearic acid is present in castor wax. do not do.

特定の詳細の程度により本発明を説明したが、下記の実施例は単に本発明を例示する目的のためのものであって、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲により規定されるものであることは理解されるべきである。   Although the invention has been described in terms of specific details, the following examples are merely for the purpose of illustrating the invention and the scope of the invention is defined by the claims. It should be understood that there is.

実施例の調製
実施例1.ダイズワックスを含みホモジナイザーを用いて調製される非イオン性エマルションの調製および評価
本発明を例示する目的で、マーカス ナット155ワックス(ダイズワックス)を用いて非イオン性エマルションを調製した。エマルションの調製は、2つの不活性容器(atmospheric vessels)を用いて行ったが、一方はワックスを溶融させて乳化剤を混合するためのものであり、他方は水を温度まで加熱するためのものである。溶融して水が温度まで上昇したら、適当な温度に加熱された水にワックス−乳化剤混合物を添加した。化学工業および酪農業の双方において一般的に用いられている装置であるAPV/ゴーリン(Goullin)ホモジナイザーを用いて当該混合物を均質化させた。均質化後、製品を熱交換器または他の容器により冷却させてもよい。ホモジナイザーによればより激しい混合が可能であり、標準的な混合技術を用いて得られうるよりもエマルションを高固形としうる。
Example Preparation Example 1 Preparation and Evaluation of Nonionic Emulsion Prepared Using Homogenizer Containing Soy Wax For the purpose of illustrating the present invention, a nonionic emulsion was prepared using Marcus Nut 155 wax (soybean wax). The preparation of the emulsion was carried out using two inert vessels, one for melting the wax and mixing the emulsifier, the other for heating the water to temperature. is there. Once melted and the water rose to temperature, the wax-emulsifier mixture was added to the water heated to the appropriate temperature. The mixture was homogenized using an APV / Goulin homogenizer, a device commonly used in both the chemical and dairy industries. After homogenization, the product may be cooled by a heat exchanger or other container. Homogenizers allow for more intense mixing and can result in a higher solids emulsion than can be obtained using standard mixing techniques.

Figure 0004855247
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手法
1)水を仕込み、ボルテックスなしに良好に作動するように撹拌セットする。
2)仕込み水を70〜80℃まで加熱する。
3)マーカス ナット155ワックスを仕込む。
4)非イオン性界面活性剤を添加する。
5)水酸化カリウム(45%KOH)を添加する。
6)混合物を70〜80℃に30分間保持する。
7)撹拌したまま50℃まで冷却する。
8)3000psi(二次(secondary)500/一次(primary)2500)にセットされたホモジナイザーを通して排出させる。
(エマルションの温度および粘度はホモジナイザーからの排出の間に上昇することに留意すべきである)
9)熱交換器または第2の容器を用いることにより、材料を30〜35℃まで冷却する
(30〜35℃まで冷却することで、エマルションの粘度は低下する)。
Method 1) Charge water and set with stirring so that it works well without vortexing.
2) Heat the feed water to 70-80 ° C.
3) Charge Marcus Nut 155 wax.
4) Add nonionic surfactant.
5) Add potassium hydroxide (45% KOH).
6) Hold the mixture at 70-80 ° C. for 30 minutes.
7) Cool to 50 ° C. with stirring.
8) Drain through a homogenizer set at 3000 psi (secondary 500 / primary 2500).
(It should be noted that the temperature and viscosity of the emulsion increase during discharge from the homogenizer)
9) Cool the material to 30-35 ° C. by using a heat exchanger or a second vessel (cooling to 30-35 ° C. reduces the viscosity of the emulsion).

本実施例において、用いた非イオン性界面活性剤はイジェパル(登録商標)CO−630(ロディア インコーポレイテッド、クランベリー、ニュージャージー州)であった。界面活性剤は、「目標HLB」として示されるように、当該界面活性剤が11〜12の範囲のHLBを有するように選択される。界面活性剤のHLB特性は当業者に周知であり、さらなる説明は省略する。従って、イジェパル(登録商標)CO−630に代えて、所望の特性を有する他の界面活性剤が用いられてもよい。かような代わりの界面活性剤の例は、本明細書において上述した。   In this example, the non-ionic surfactant used was IJepal® CO-630 (Rhodia Inc., Cranberry, NJ). The surfactant is selected such that the surfactant has an HLB in the range of 11-12, as indicated as “Target HLB”. The HLB properties of surfactants are well known to those skilled in the art and will not be further described. Therefore, other surfactants having desired characteristics may be used in place of IJEPAR (registered trademark) CO-630. Examples of such alternative surfactants are described above in this specification.

得られたエマルションは乳色で安定であった。エマルションをガラススライド上で観察すると、目視では均一に見え、ごく微量の乳化されていないワックス粒子が観察された。   The resulting emulsion was milky and stable. When the emulsion was observed on a glass slide, it looked uniform and only a very small amount of non-emulsified wax particles were observed.

実施例2.ダイズワックスを含むカチオン性エマルションの調製および評価
本発明を例示する目的で、マーカス ナット155ワックス(ダイズベース)を用いてカチオン性エマルションを調製した。エマルションの調製は、2つの不活性容器を用いて行ったが、一方はワックスを溶融させて乳化剤を混合するためのものであり、他方は水を温度まで加熱するためのものである。溶融して水が温度まで上昇したら、温度まで加熱された水とワックス−乳化剤混合物を合わせた。乳化のためのこの技術は、水へのワックス(wax to water)技術として当業者に周知であり、エマルションを調製するには標準的な混合技術を利用する。
Example 2 Preparation and Evaluation of Cationic Emulsion Containing Soy Wax For the purpose of illustrating the present invention, a cationic emulsion was prepared using Marcus Nut 155 wax (soybean base). The preparation of the emulsion was carried out using two inert containers, one for melting the wax and mixing the emulsifier, and the other for heating the water to temperature. When melted and the water rose to temperature, the water heated to temperature and the wax-emulsifier mixture were combined. This technique for emulsification is well known to those skilled in the art as a wax to water technique and utilizes standard mixing techniques to prepare the emulsion.

Figure 0004855247
Figure 0004855247

手法
1)マーカス 155ワックス、カチオン性界面活性剤を60〜70℃で溶融させる。
2)第1の仕込み水を55〜65℃まで加熱する。
3)第1の仕込み水が温度まで達したら、段階1の溶融物に氷酢酸を添加する。
4)溶融ワックス、カチオン性界面活性剤および酸の混合物を加熱された水に移す。
5)全ての材料を移したら、30分間混合する。
6)30〜35℃まで冷却する。
7)水を添加して35%固形物の最終濃度を達成する。
Method 1) Marcus 155 wax and a cationic surfactant are melted at 60 to 70 ° C.
2) Heat the first feed water to 55-65 ° C.
3) When the first charge water reaches temperature, add glacial acetic acid to the melt in stage 1.
4) Transfer the molten wax, cationic surfactant and acid mixture to heated water.
5) Once all ingredients are transferred, mix for 30 minutes.
6) Cool to 30-35 ° C.
7) Add water to achieve final concentration of 35% solids.

得られたエマルションは乳色で安定であった。エマルションをガラススライド上で観察すると均一に見え、ごく微量の乳化されていないワックス粒子が観察された。   The resulting emulsion was milky and stable. When the emulsion was observed on a glass slide, it appeared to be uniform, and a very small amount of non-emulsified wax particles were observed.

実施例3.ダイズワックスを含む非イオン性エマルションの調製および評価
本発明を例示する目的で、マーカス ナット155ワックス(ダイズベース)を用いて非イオン性エマルションを調製した。エマルションの調製は、2つの不活性容器を用いて行ったが、一方はワックスを溶融させて乳化剤を混合するためのものであり、他方は水を温度まで加熱するためのものである。溶融して水が温度まで上昇したら、温度まで加熱された水とワックス−乳化剤混合物を合わせた。実施例2と同様に、乳化のためのこの技術は、水へのワックス(wax to water)技術として当業者に周知である。
Example 3 Preparation and Evaluation of Nonionic Emulsion Containing Soy Wax For the purpose of illustrating the present invention, a nonionic emulsion was prepared using Marcus Nut 155 wax (soybean base). The preparation of the emulsion was carried out using two inert containers, one for melting the wax and mixing the emulsifier, and the other for heating the water to temperature. When melted and the water rose to temperature, the water heated to temperature and the wax-emulsifier mixture were combined. Similar to Example 2, this technique for emulsification is well known to those skilled in the art as a wax-to-water technique.

Figure 0004855247
Figure 0004855247

手法
1)水を仕込み、ボルテックスなしに良好に作動するように撹拌セットする。
2)仕込み水を70〜80℃まで加熱する。
3)マーカス ナット155ワックスを仕込む。
4)非イオン性界面活性剤を添加する。
5)水酸化カリウム(45%KOH)を添加する。
6)70〜80℃に30分間保持する。
7)速やかに30〜35℃まで冷却し、良好な撹拌を維持する。
Method 1) Charge water and set with stirring so that it works well without vortexing.
2) Heat the feed water to 70-80 ° C.
3) Charge Marcus Nut 155 wax.
4) Add nonionic surfactant.
5) Add potassium hydroxide (45% KOH).
6) Hold at 70-80 ° C. for 30 minutes.
7) Cool quickly to 30-35 ° C and maintain good agitation.

本実施例において、用いた非イオン性界面活性剤はイジェパル(登録商標)CO−630(ロディア)であった。得られたエマルションは乳色で安定であった。エマルションをガラススライド上で観察すると均一に見え、ごく微量のワックス粒子が観察された。   In this example, the nonionic surfactant used was Ijepal (registered trademark) CO-630 (Rhodia). The resulting emulsion was milky and stable. When the emulsion was observed on a glass slide, it looked uniform and only a trace amount of wax particles was observed.

実施例4.ダイズワックスとヒマシワックスとの混合物を含むカチオン性エマルションの調製および評価
床の光沢剤、繊維、コーティングおよびインクのような特定の最終用途では、ワックスエマルションは化粧品のような用途において用いられるワックスよりも高い融点を有するワックスを用いて製造される必要がある。本発明を例示する目的で、30%ヒマシワックスと70%ダイズワックスとの混合物であるマーカス ナット180ワックスを用いてカチオン性エマルションを調製した。当該ヒマシワックスおよびダイズワックスは、本明細書で既に説明したダイズワックスの調製と同様に、低いヨウ素価を有するようにヒマシ油およびダイズ油を硬化させることにより調製した。ヒマシワックスとダイズワックスとの混合ワックスは、下記のような特性により特徴付けられる:
Example 4 Preparation and Evaluation of Cationic Emulsions Containing Mixtures of Soy Wax and Castor Wax For certain end uses such as floor brighteners, fibers, coatings and inks, wax emulsions are more than waxes used in applications such as cosmetics It needs to be produced using a wax having a high melting point. For the purpose of illustrating the present invention, a cationic emulsion was prepared using Marcus Nut 180 wax, which is a mixture of 30% castor wax and 70% soy wax. The castor wax and soybean wax were prepared by curing castor oil and soybean oil to have a low iodine number, similar to the preparation of soybean wax already described herein. Castor wax and soy wax mixed wax is characterized by the following properties:

Figure 0004855247
Figure 0004855247

上記の材料はまた、ステロテックス(STEROTEX)(登録商標)Kの商標でアビテック パフォーマンス プロダクツ(Abitec Performance Products)から入手可能であり、一般的には医薬品工業において錠剤をコーティングするために用いられる。   The above materials are also available from Abitec Performance Products under the STEROTEX (R) K trademark and are generally used to coat tablets in the pharmaceutical industry.

エマルションの調製は、2つの不活性容器を用いて行ったが、一方はワックスを溶融させて乳化剤を混合するためのものであり、他方は水を温度まで加熱するためのものである。溶融して水が温度まで上昇したら、温度まで加熱された水とワックス/乳化剤/アルカリを合わせた。乳化のためのこの技術は、水へのワックス(wax to water)技術として当業者に周知である。   The preparation of the emulsion was carried out using two inert containers, one for melting the wax and mixing the emulsifier, and the other for heating the water to temperature. Once melted and the water rose to temperature, the water heated to temperature and the wax / emulsifier / alkali were combined. This technique for emulsification is well known to those skilled in the art as a wax-to-water technique.

Figure 0004855247
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手法
1)マーカス 180ワックス、およびカチオン性界面活性剤を85〜90℃で溶融させる。
2)第1の仕込み水を90〜95℃まで加熱する。
3)第1の仕込み水が温度まで達したら、段階1の溶融物に氷酢酸を添加する。
4)溶融ワックス、カチオン性界面活性剤および酸の混合物を加熱された水に移す。
5)全ての材料を移したら、30分間混合する。
6)30〜35℃まで冷却する。
7)十分な水を添加して固形物含量を35%に調節する。
Method 1) Marcus 180 wax and a cationic surfactant are melted at 85 to 90 ° C.
2) Heat the first feed water to 90-95 ° C.
3) When the first charge water reaches temperature, add glacial acetic acid to the melt in stage 1.
4) Transfer the molten wax, cationic surfactant and acid mixture to heated water.
5) Once all ingredients are transferred, mix for 30 minutes.
6) Cool to 30-35 ° C.
7) Add enough water to adjust the solids content to 35%.

得られたエマルションは乳色で安定であった。エマルションをガラススライド上で観察すると均一に見え、ごく微量のワックス粒子が観察された。   The resulting emulsion was milky and stable. When the emulsion was observed on a glass slide, it looked uniform and only a trace amount of wax particles was observed.

実施例5.ダイズワックスとヒマシワックスとの混合物を含む非イオン性エマルションの調製および評価
非イオン性エマルションは、その広範な適合性および入手が容易な入手容易性のために非常に多用途であり、調製されうるのに用いられる界面活性剤は比較的無害である。植物油由来のワックスの混合物が非イオン性製剤として乳化されうるかどうかを調べるために、実施例4で説明したダイズ−ヒマシワックス製剤を以下のエマルション中に配合した:
Example 5 FIG. Preparation and Evaluation of Nonionic Emulsions Containing a Mixture of Soy Wax and Castor Wax Nonionic Emulsions are very versatile and can be prepared due to their broad compatibility and ready availability The surfactants used for this are relatively harmless. To examine whether a mixture of vegetable oil-derived waxes could be emulsified as a nonionic formulation, the soybean-castor wax formulation described in Example 4 was formulated into the following emulsion:

Figure 0004855247
Figure 0004855247

手法
1)水を仕込み、ボルテックスなしに良好に作動するように撹拌セットする。
2)仕込み水を90〜95℃まで加熱する。
3)マーカス ナット180ワックスを仕込む。
4)非イオン性界面活性剤を仕込む。
5)水酸化カリウム(45%KOH)を添加する。
6)混合物を90〜95℃に30分間保持する。
7)速やかに30〜35℃まで冷却し、良好な撹拌を維持する。
Method 1) Charge water and set with stirring so that it works well without vortexing.
2) Heat the feed water to 90-95 ° C.
3) Charge Marcus Nut 180 wax.
4) A nonionic surfactant is charged.
5) Add potassium hydroxide (45% KOH).
6) Hold the mixture at 90-95 ° C. for 30 minutes.
7) Cool quickly to 30-35 ° C and maintain good agitation.

本実施例において、用いた非イオン性界面活性剤はイジェパル(IGEPAL)(登録商標)CO−630(ロディア)であった。用いられうる他の非イオン性界面活性剤としては、HLB10.5のトマドール(登録商標)25−3/25−9の組み合わせ(トマー ケミカル コーポレイション)またはHLB10.5のテルジトール(登録商標)15−S−5/15−S−9の組み合わせ(ダウ ケミカル、ミッドランド、ミシガン州)が挙げられる。   In this example, the nonionic surfactant used was IGEPAL (R) CO-630 (Rhodia). Other nonionic surfactants that may be used include HLB 10.5 Tomador® 25-3 / 25-9 combination (Tomer Chemical Corporation) or HLB 10.5 Terditol® 15-S. -5 / 15-S-9 combination (Dow Chemical, Midland, Michigan).

得られたエマルションは乳色で安定であった。エマルションをガラススライド上で観察すると均一に見え、ごく微量のワックス粒子が観察された。   The resulting emulsion was milky and stable. When the emulsion was observed on a glass slide, it looked uniform and only a trace amount of wax particles was observed.

実施例6.ダイズワックスとヒマシワックスとの混合物を含みホモジナイザーを用いて調製される非イオン性エマルションの調製および評価
エマルションを調製するためのホモジナイザーの使用(実施例1において用いられたように)によれば、一般的に、上記の実施例4および実施例5において用いられたような従来の撹拌技術を用いて得られうるのと比較して固形物含量を高くすることが可能である。ヒマシワックスとダイズワックスとの混合物を用いて安定なエマルションが調整されうるかどうかを調べるために、以下のエマルションを調製した:
Example 6 Preparation and Evaluation of Nonionic Emulsions Containing a Mixture of Soy Wax and Castor Wax and Prepared Using a Homogenizer According to the use of a homogenizer to prepare an emulsion (as used in Example 1), In particular, it is possible to increase the solids content compared to that obtained using conventional stirring techniques such as those used in Examples 4 and 5 above. In order to investigate whether a stable emulsion could be prepared using a mixture of castor wax and soy wax, the following emulsion was prepared:

Figure 0004855247
Figure 0004855247

手法
1)水を仕込み、ボルテックスなしに良好に作動するように撹拌セットする。
2)仕込み水を90〜95℃まで加熱する。
3)マーカス ナット180ワックスを仕込む。
4)非イオン性界面活性剤を添加する。
5)水酸化カリウム(45%KOH)を仕込む。
6)85〜90℃に30分間保持する。
7)撹拌したまま50℃まで冷却する。
8)3000psi(二次500/一次2500)にセットされたホモジナイザーを通して排出させる。
(エマルションの温度および粘度が上昇することに留意すべきである)
9)熱交換器または第2の容器を用いることにより、材料を30〜35℃まで冷却する
(30〜35℃まで冷却することで、エマルションの粘度は低下する)。
Method 1) Charge water and set with stirring so that it works well without vortexing.
2) Heat the feed water to 90-95 ° C.
3) Charge Marcus Nut 180 wax.
4) Add nonionic surfactant.
5) Charge potassium hydroxide (45% KOH).
6) Hold at 85-90 ° C. for 30 minutes.
7) Cool to 50 ° C. with stirring.
8) Drain through a homogenizer set at 3000 psi (secondary 500 / primary 2500).
(It should be noted that the temperature and viscosity of the emulsion increase)
9) Cool the material to 30-35 ° C. by using a heat exchanger or a second vessel (cooling to 30-35 ° C. reduces the viscosity of the emulsion).

本実施例において、用いた非イオン性界面活性剤はイジェパル(登録商標)CO−630(ロディア)であった。得られたエマルションは乳色で安定であった。エマルションをガラススライド上で観察すると均一に見え、ごく微量のワックス粒子が観察された。   In this example, the nonionic surfactant used was Ijepal (registered trademark) CO-630 (Rhodia). The resulting emulsion was milky and stable. When the emulsion was observed on a glass slide, it looked uniform and only a trace amount of wax particles was observed.

実施例7.水蒸気透過速度(「MVTR」)
湿気の透過はワックスベースのコーティングの重要な特性である。MVTRは、湿気がどの程度速くワックスコーティングを透過し、基材の特性を低下させるかを示す。過剰な湿気により果実または野菜の損傷が引き起こされる、農産物を含有する箱においては、低いMVTRを有することが好ましい。鶏肉はしばしば冷凍箱中で輸送されるが、当該箱は、一般的にワックスコーティングされ、鶏肉(または他の食品)を詰めた後速やかに、しばしば氷/水浴中への浸漬により冷凍される段ボール箱(ワックスでコーティングされたクラフト紙)である。紙が水から保護されていない場合、箱の強度は低下し、これらの種類の箱は実用的ではなくなってしまう。
Example 7 Water vapor transmission rate (“MVTR”)
Moisture transmission is an important property of wax-based coatings. MVTR shows how quickly moisture penetrates the wax coating and degrades the properties of the substrate. In boxes containing produce where excess moisture causes fruit or vegetable damage, it is preferable to have a low MVTR. Chicken is often transported in a freezing box, which is generally coated with wax and corrugated cardboard that is frozen immediately after filling with chicken (or other food), often by immersion in an ice / water bath. Box (craft paper coated with wax). If the paper is not protected from water, the strength of the box decreases and these types of boxes become impractical.

本実験においては、改良されたASTM D3833の方法によりMVTRを調べた。段ボール原紙をアルミニウムカップへ確実に接着させるために、当該改良ではクランプを使用する必要があった。   In this experiment, MVTR was examined by the improved ASTM D3833 method. The improvement required the use of a clamp to ensure that the corrugated board was adhered to the aluminum cup.

試験ワックスの粘度に応じて、1.5〜5ミリの間隔で、ウェットフィルムアプリケータ(バード(Bird)型)を用いてコーティングを作製した。当該コーティング、4インチ幅のアプリケータおよび1/2インチ厚さのプレートガラスのシートを200〜250°Fのオーブン中に10〜15分間置いた。ガラスをオーブンから取り出し、段ボール原紙(当業者に周知の、無漂白クラフト紙)の片を当該ガラス上に置いた。特定のコーティングの所定体積を段ボール原紙の一端に置き、アプリケータにより段ボール原紙に塗布し、高温溶融コーティングを手動で段ボール原紙にコーティングして、次いで室温で固化させた。各サンプルを調べたところ、コーティング重量は5.6〜6.2lbl/1000平方フィートであることが確認された。   Coatings were made using a wet film applicator (Bird type) at 1.5-5 mm intervals depending on the viscosity of the test wax. The coating, a 4 inch wide applicator and a 1/2 inch thick plate glass sheet were placed in a 200-250 ° F. oven for 10-15 minutes. The glass was removed from the oven and a piece of corrugated base paper (unbleached kraft paper, well known to those skilled in the art) was placed on the glass. A predetermined volume of a particular coating was placed on one end of the corrugated board, applied to the corrugated board by an applicator, a hot melt coating was manually coated on the corrugated board, and then allowed to solidify at room temperature. Examination of each sample confirmed that the coating weight was between 5.6 and 6.2 lbl / 1000 square feet.

この結果を表5にまとめ、これから、コーティング重量は同程度であるが、ダイズ油ワックス組成物はコントロール製剤と同程度のMVTRレベルを示す結果となったことがわかる。エマルションとしてワックスを塗布した評価は行わなかったが、上記の結果からはワックスコーティングが湿気の透過を低減させる能力が示される。   The results are summarized in Table 5. From this, it can be seen that the soybean oil wax composition has the same MVTR level as the control formulation, although the coating weight is similar. Although the evaluation of applying wax as an emulsion was not performed, the above results indicate the ability of the wax coating to reduce moisture permeation.

実施例8
植物性ワックスを含む果実コーティングとしてのエマルションの評価
ワックスエマルションは、食品をコーティングして輸送、貯蔵、および最終消費者への配送の間の水分の蒸散を低減させるためによく用いられ、これにより柑橘類果実のような製品の保存の助けとなる。柑橘類果実における水分の蒸散に対する新規なエマルションの有効性を調べるために、以下の配合および手法に従って、エマルションを調製し、次いで当該エマルションを果実のコーティングに用い、続いて長期間に亘って重量の減少をモニターした。
Example 8
Evaluation of Emulsions as Fruit Coatings Containing Vegetable Wax Wax emulsions are often used to coat foods to reduce moisture transpiration during transportation, storage, and delivery to the end consumer, thereby enabling citrus fruits Helps preserve fruity products. In order to investigate the effectiveness of a new emulsion against transpiration of moisture in citrus fruits, an emulsion was prepared according to the following formulation and procedure, and then the emulsion was used for fruit coating, followed by weight loss over time Was monitored.

15gのマーカス オイル アンド ケミカル(ヒューストン、テキサス州)ナット155ワックス(ダイズワックス)を、400mLのソルバール(SORVALL)(登録商標)(ノーウォーク、コネチカット州)ステンレススチールチャンバ中に入れ、透明になるまで電熱プレート上で溶融させた。この溶融ワックスに1gのポリステップ(登録商標)F−5エトキシ化ノニルフェノール(12モルのエチレンオキシド)(ステパン カンパニー ノースフィールド、III.)および1gの30%KOH溶液を添加した。この混合物を溶融状態に維持し、30分間撹拌した。これとは別に、50gの水道水を加熱して沸騰させた。この沸騰水を高温溶融ワックス混合物に添加し、ソルバール(登録商標)モデル番号17183ローターナイフ撹拌器が設置されたソルバール(登録商標)オムニミキサーホモジナイザー中に速やかに入れた。ミキサーの速度は0.5にセットした。1分30秒後、チャンバを冷水道水中に入れ、撹拌を続けながら冷却した。室温まで冷却させた後、得られたエマルションは流動性を示し、不透明であった。このエマルションをダイズワックスエマルション#1と名づけた。   15 g of Marcus Oil and Chemical (Houston, TX) Nut 155 wax (soybean wax) is placed in a 400 mL SORVAL® (Norwalk, CT) stainless steel chamber and heated until clear Melted on plate. To this molten wax was added 1 g of Polystep® F-5 ethoxylated nonylphenol (12 moles of ethylene oxide) (Stepan Company Northfield, III.) And 1 g of 30% KOH solution. The mixture was maintained in a molten state and stirred for 30 minutes. Separately, 50 g of tap water was heated to boiling. This boiling water was added to the hot melt wax mixture and quickly placed in a Solvar® Omni mixer homogenizer equipped with a Solvar® model number 17183 rotor knife stirrer. The mixer speed was set to 0.5. After 1 minute 30 seconds, the chamber was placed in cold tap water and cooled with continued stirring. After cooling to room temperature, the resulting emulsion was fluid and opaque. This emulsion was named soybean wax emulsion # 1.

23gのダイズワックスエマルション#1を230gの水道水に添加し、均一になるまで混合した。この希釈エマルションをコーティング#1と名づけた。柑橘類果実、具体的にはレモンを、地元の商店から購入した。3個のレモンをコーティング#1中に数秒間浸漬させ、次いで取り出してビーカー上に置いて乾燥させた。8時間後、非コートコントロールレモンと名づけられたコーティングされていない3個のレモン、および処理レモンと名づけられたコーティングした3個のレモンを秤量し、その重量を実験のために初期重量(WI)と名づけた。   23 g of soy wax emulsion # 1 was added to 230 g of tap water and mixed until uniform. This diluted emulsion was named Coating # 1. Citrus fruits, specifically lemons, were purchased from a local store. Three lemons were immersed in coating # 1 for a few seconds, then removed and placed in a beaker to dry. After 8 hours, weighed three uncoated lemons named uncoated control lemons and three coated lemons named treated lemons, and weighed the initial weight (WI) for the experiment. I named it.

このレモンを涼しい(約65〜70°Fの温度)乾燥した部屋に置き、定期的に秤量した。3個の非処理コントロールレモンおよび3個の処理レモンの平均結果を図2に示す。12日後、非処理コントロールレモンは損傷の兆候を見せ、もはや秤量をやめた。処理レモンは15日後であっても損傷の兆候を見せず、この時点で実験を終了した。この期間中の各レモンの重量を記録し、WXと名づけ、この際Xは特定の日におけるレモンの重量である。実験重量(WX)と初期重量(WI)との間の差が重量損失であり、次いでこの差を、初期重量に対する百分率として算出し、この重量損失の百分率を時間の関数としてプロットした。   The lemon was placed in a cool, dry room (about 65-70 ° F.) and weighed periodically. The average results for 3 untreated control lemons and 3 treated lemons are shown in FIG. After 12 days, untreated control lemons showed signs of damage and were no longer weighed. The treated lemon showed no signs of damage even after 15 days, and the experiment was terminated at this point. The weight of each lemon during this period is recorded and named WX, where X is the weight of the lemon on a particular day. The difference between the experimental weight (WX) and the initial weight (WI) was the weight loss, and this difference was then calculated as a percentage of the initial weight, and the percentage of this weight loss was plotted as a function of time.

図2に示すデータにより、新規なエマルションは処理レモンの水分の損失を12.8%から9.2%へと低減させることができ、これにより重量損失を28%低減させたことが示される。   The data shown in FIG. 2 shows that the new emulsion was able to reduce the water loss of the treated lemon from 12.8% to 9.2%, thereby reducing the weight loss by 28%.

実施例9.再パルプ化試験
ワックスコーティングされた紙サンプルの再パルプ化の実現可能性を調べるために、1.5Lの熱い(約120°F)水道水を、オステライザー(OSTERIZER)(登録商標)モデル6641ブレンダー(サンビーム コーポレイション(Sunbeam Corp.)、フォート ローダーデール(Ft. Lauderdale)、フロリダ州)中に入れた。これに3.98gの炭酸ナトリウムを添加した。ブレンダーを低速にセットし、1分間運転させて炭酸ナトリウムを溶解させた。この水性溶液のpHは約10であった。次いで、5gのワックスコーティングされた段ボール原紙サンプル(上記の実施例7で説明したように調製した)を水中に添加した。ブレンダーを10分間運転させ、次いで停止させて、サンプルの破片がふたの側面に付着しているかどうかを簡便に決定し、仮にそうであれば、当該破片をふたから除去し、ブレンダー中の水へ加え戻した。次いで、ブレンダーをさらに10分間逆に回転させて、混合サイクルを完了した。完了後速やかに、500mLを注ぎ出し、さらに500mLの熱い(約120°F)水で希釈した。希釈液をクオートジャー中へ注入した。次いで、サンプルをコントロールワックスサンプル(用いたコントロールワックスは、石油由来のパラフィンワックスであるシッゴー ブレンド−コート(BLEND−KOTE)(登録商標)467(シッゴー ペトローリアム コーポレイション、タルサ、オクラホマ州)である)と主観的に比較し、表4に示すように液体中に存在する粒子の数およびサイズを決定した。
Example 9 Repulping Test To examine the feasibility of repulping wax-coated paper samples, 1.5 L of hot (about 120 ° F.) tap water was added to the OSTERIZER® Model 6641 blender. (Sunbeam Corp., Ft. Lauderdale, FL). To this was added 3.98 g sodium carbonate. The blender was set at low speed and allowed to run for 1 minute to dissolve the sodium carbonate. The pH of this aqueous solution was about 10. A 5 g wax-coated cardboard base paper sample (prepared as described in Example 7 above) was then added into water. The blender is allowed to run for 10 minutes and then stopped to simply determine whether sample debris is attached to the side of the lid, if so, remove the debris from the lid and drain to the water in the blender. Added back. The blender was then rotated backwards for an additional 10 minutes to complete the mixing cycle. Upon completion, 500 mL was poured out and diluted with an additional 500 mL of hot (ca. 120 ° F.) water. The dilution was poured into the quote jar. The sample is then a control wax sample (the control wax used is a petroleum-derived paraffin wax, BLEND-KOTE (R) 467 (Siggo Petroleum Corporation, Tulsa, Oklahoma)) and subjective And the number and size of the particles present in the liquid were determined as shown in Table 4.

この評価の結果を表4に示す。マーカス オイルのヤシワックスは最高の再パルプ化結果を示し、これで処理された段ボール原紙サンプルは目に見える粒子をほとんど生じず、コーティングはほとんど再パルプ化溶液中に消失した。この製剤のMVTR(表6)は、コントロールよりも高いが、たいていの食品の包装用途には許容しうる範囲内である程度には低いと考えられる。   The results of this evaluation are shown in Table 4. Marcus oil palm wax showed the best repulping results, with the corrugated baseboard sample treated with little visible particles and the coating almost disappeared in the repulping solution. The MVTR of this formulation (Table 6) is higher than the control but is considered to be low to some extent acceptable for most food packaging applications.

再パルプ化実験において、ダイズワックスサンプルはコントロールよりも少ない小粒子を生じたが、ヤシワックスよりは多くの粒子を生じた。シッゴーコントロールは予想通り、非常に多くの目に見える小粒子を生じた。   In the repulping experiment, the soy wax sample produced fewer particles than the control, but produced more particles than the coconut wax. As expected, the SIGGO control produced a large number of visible small particles.

本実施例における再パルプ化試験は溶融ワックスを用いて行ったが、この結果により、コーティングがエマルションの形態で塗布されると、達成されるべき結果を示すことが示される(以下の実施例10に示すように)。   The repulping test in this example was performed with molten wax, but this result shows that the coating shows the result to be achieved when applied in the form of an emulsion (Example 10 below). As shown).

実施例10.エマルションコーティング板紙の再パルプ化および湿潤強度試験
ダンボール板紙のサンプルを得て、ダイズワックスエマルションを用いてコーティングし、エマルションコーティングされた板紙の再パルプ化能を決定した。
Example 10 Repulping and wet strength testing of emulsion coated paperboard Cardboard paperboard samples were obtained and coated with soy wax emulsions to determine the repulpability of emulsion coated paperboard.

以下の配合を用いて試験エマルションを調製した:   Test emulsions were prepared using the following formulation:

Figure 0004855247
Figure 0004855247

205°Fにセットされた水浴中に浸漬させることによりワックスを溶融させて、KOH溶液、界面活性剤および50gの熱水をソルバール(登録商標)ミキサー(混合速度を2にセット)中に添加し、15分間撹拌し、撹拌を続けながら水道水浴中で急速に冷却することにより、エマルションを調製した。得られたエマルションは、安定で流動性の乳状エマルションであった。ポリステップ(登録商標)F−3は10〜12の範囲のHLBを有する非イオン性界面活性剤である。   Melt the wax by immersing it in a water bath set at 205 ° F. and add KOH solution, surfactant and 50 g hot water into a Solvar® mixer (mixing speed set to 2). The emulsion was prepared by stirring for 15 minutes and rapidly cooling in a tap water bath with continued stirring. The resulting emulsion was a stable and fluid milky emulsion. Polystep® F-3 is a nonionic surfactant having an HLB in the range of 10-12.

板紙、具体的には段ボール箱(200#「C」フルート、32lb/inの端部圧縮を有する段ボールクラフト)を3cm×8cmの断片に切断し、各断片を秤量した。秤量した断片を90℃にセットしたオーブン中で30分間乾燥させた。   Paperboard, specifically a cardboard box (200 # “C” flute, cardboard craft with 32 lb / in end compression) was cut into 3 cm × 8 cm pieces and each piece weighed. The weighed pieces were dried in an oven set at 90 ° C. for 30 minutes.

6つの断片(処理した3つをAと名づけ、コントロールの3つをCと名づけた)をエマルション中に5分間浸した。これらの断片には完全に染み込んだようであった。他の3つの板紙断片(非処理でBと名づけた)を非処理サンプルとして残した。6つの処理断片(AおよびC)をエマルションから取り出し、乾燥させた。全てのサンプルを90℃にセットされたオーブン中に1時間置いた。重量を以下の通り記録した:   Six pieces (3 treated were named A, 3 controls were named C) were immersed in the emulsion for 5 minutes. These fragments seemed to be completely infiltrated. The other three paperboard pieces (untreated and named B) were left as untreated samples. Six treated pieces (A and C) were removed from the emulsion and dried. All samples were placed in an oven set at 90 ° C. for 1 hour. The weight was recorded as follows:

Figure 0004855247
Figure 0004855247

再パルプ化条件を繰り返すため、乾燥サンプルのそれぞれを80mLの水道水と混合し、3mLのポリステップ(登録商標)F−3およびKOHを添加してpHを約9とした。このサンプルを60℃まで加熱し、速度#3にセットされたソルバール(登録商標)ミキサー中で5分間混合した。各サンプルを濾紙(20ミクロン孔径)を介して濾過し、温水道水で洗浄した(3回洗浄、各洗浄は約200mL)。洗浄したパルプを90℃のオーブン中に8時間置き、乾燥させた。   To repeat the repulping conditions, each of the dry samples was mixed with 80 mL of tap water and 3 mL of Polystep® F-3 and KOH were added to bring the pH to about 9. The sample was heated to 60 ° C. and mixed for 5 minutes in a Solvar® mixer set at speed # 3. Each sample was filtered through filter paper (20 micron pore size) and washed with warm tap water (3 washes, each wash was approximately 200 mL). The washed pulp was placed in a 90 ° C. oven for 8 hours and dried.

乾燥後、各サンプルから3gのパルプを取り、40mLのキシレン(マーカス ナット180ワックスに対する周知の溶媒)と混合した。キシレンに浸したパルプを80℃のオーブン中に30分間置き、次いでよく混合して、30分間放置した。13gの上清キシレンを各ビーカーから秤量ビーカーへ移し、次いでホットプレート上に置き、溶媒を揮発させた。コントロールサンプル(エマルションコーティングされた段ボール板紙のサンプル)を調製し、最初の再パルプ化を行わずにキシレン抽出に供した。   After drying, 3 g of pulp was taken from each sample and mixed with 40 mL of xylene (a well-known solvent for Marcus Nut 180 wax). The pulp soaked in xylene was placed in an 80 ° C. oven for 30 minutes, then mixed well and left for 30 minutes. 13 g of supernatant xylene was transferred from each beaker to a weighing beaker and then placed on a hot plate to volatilize the solvent. A control sample (emulsion coated corrugated paperboard sample) was prepared and subjected to xylene extraction without first repulping.

以下に示すように、この結果によれば、温アルカリ水および界面活性剤を用いた洗浄の結果として、紙からワックスが除去されたことが示される。コントロールによれば、再パルプ化工程において除去されなければ、適量のワックスが存在していることが示される。   As shown below, this result indicates that the wax has been removed from the paper as a result of washing with warm alkaline water and a surfactant. Control indicates that the correct amount of wax is present if not removed in the repulping step.

Figure 0004855247
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処理サンプルは非処理サンプルよりも明らかに硬いことが観察された。エマルションコーティングが段ボールの湿潤強度特性に影響を及ぼすかどうかを調べるために、再パルプ化条件に供さなかったこと以外は上記の本実施例で説明したように処理サンプルおよび非処理サンプルをさらに調製した。全てのサンプルを室温の水に1分間浸漬させ、次いで当該サンプルをスケール上に置き、直径3/8インチの棒を紙に垂直に置き、段ボールを圧潰させるのに必要な力を測定した。   It was observed that the treated sample was clearly harder than the untreated sample. To investigate whether the emulsion coating affects the wet strength properties of the cardboard, further preparation of treated and untreated samples as described in this example above, except that they were not subjected to repulping conditions did. All samples were immersed in room temperature water for 1 minute, then the samples were placed on a scale, a 3/8 inch diameter rod was placed perpendicular to the paper, and the force required to crush the cardboard was measured.

以下に示すように、結果によれば、新規なエマルションは湿潤段ボールの潰れ強度(crush strength)を向上させる助けとなることが示される。   As shown below, the results show that the new emulsion helps to improve the crush strength of wet corrugated cardboard.

Figure 0004855247
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実施例11.ワックスおよび新聞紙の再パルプ化
本評価に用いた紙ストックは二次繊維を高い割合で用いて製造されることが本業界において知られているユーエスニュース(US News)であった。この紙は高含量のリサイクル紙を用いて製造されるため、ワックスコーティングされた紙ストックがしばしばコーティングされていない紙ストックと混合される。ワックスが除去されない限り、当該ワックスにより再加工紙には問題が生じる。かような問題としては、紙の染み付きや、紙の光沢および印刷性能への影響などがある。
Example 11 Wax and Newspaper Repulping The paper stock used for this evaluation was US News, which is known in the industry to be made using a high percentage of secondary fibers. Because this paper is made with a high content of recycled paper, wax-coated paper stock is often mixed with uncoated paper stock. As long as the wax is not removed, the wax causes problems with the reworked paper. Such problems include paper stains and the effect on paper gloss and printing performance.

以下の評価によれば、本発明のワックスは通常の再パルプ化条件下において容易に分散しうることが示され、また、トリグリセリドワックスの石鹸へのケン化により再パルプ化が助けられるというさらなる付随的な利点も得られる。   The following evaluations show that the waxes of the present invention can be easily dispersed under normal repulping conditions, and that the saponification of triglyceride waxes to soap helps repulping. Benefits.

高速ミキサーを用いて、10%固形物の紙固形物ストック(10gの紙および90gの水)を製造した。この紙ストックをコントロールパルプストックとして用いた。植物性ワックスの1つを用いて調製されたエマルションのいずれかを添加することにより、または紙からのインクの除去に有効であることが知られている界面活性剤を添加することにより、一連の混合物を調製した。エマルションまたは界面活性剤は、水浴の重量に応じて(すなわち、紙ストックの総重量に応じて)、0.5%または1.0%のいずれかの濃度まで添加した。各エマルションは30%の活性分(actives)を含む製品から添加したのに対し、界面活性剤は45%の活性分(エチレンオキシドおよびプロピレンオキシド)を含むストックから添加した。   A 10% solids paper solid stock (10 g paper and 90 g water) was produced using a high speed mixer. This paper stock was used as a control pulp stock. By adding any of the emulsions prepared with one of the vegetable waxes, or by adding a surfactant known to be effective in removing ink from paper, a series of A mixture was prepared. The emulsion or surfactant was added to a concentration of either 0.5% or 1.0% depending on the weight of the water bath (ie, depending on the total weight of the paper stock). Each emulsion was added from a product containing 30% actives, while surfactant was added from a stock containing 45% actives (ethylene oxide and propylene oxide).

以下の混合物を製造し、インク除去について評価した:   The following mixtures were prepared and evaluated for ink removal:

Figure 0004855247
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本実施例において、脱インク界面活性剤は、ネーパーヴィル、イリノイ州のオンデオ ナルコにより供給されるエトキシ化プロピレンオキシドアルコールであるナルコDI1221であった。この界面活性剤は特に脱インク用途のために開発されてきた。上記の混合物を10分間撹拌した。本実施例においてさらに説明するように、ワックスを用いて調製したエマルションを含有する混合物は、水酸化ナトリウム溶液を用いて反応混合物のpHを7.5〜8.0に調節する必要があった。次いで、紙スラリーを洗浄して紙からインクを浮遊させ、当業者に周知のハンター ホワイトネス(Hunter Whiteness)スケールを用いて紙サンプルを調べた。   In this example, the deinking surfactant was Nalco DI 1221, an ethoxylated propylene oxide alcohol supplied by Ondealco, Naperville, Illinois. This surfactant has been developed specifically for deinking applications. The above mixture was stirred for 10 minutes. As further described in this example, the mixture containing the emulsion prepared using wax needed to adjust the pH of the reaction mixture to 7.5-8.0 using sodium hydroxide solution. The paper slurry was then washed to float the ink from the paper, and the paper samples were examined using a Hunter Whiteness scale well known to those skilled in the art.

以下に示すように、その結果によれば、双方のナット(NAT)ワックスがより低濃度(0.5%)で脱インク界面活性剤(ナルコDI2221)よりも優れた性能を発揮したことが示される。しかしながら、ナット180ワックス(70%の硬化ダイズワックスおよび30%の硬化ヒマシワックス)を用いて製造されたサンプルでは、加工温度を160〜175°Fまで上昇させて、基材ワックスの溶解性を改善させる必要があった。   As shown below, the results show that both nut (NAT) waxes performed better than the deinking surfactant (Nalco DI 2221) at lower concentrations (0.5%). It is. However, for samples made with nut 180 wax (70% hardened soy wax and 30% hardened castor wax), the processing temperature is increased to 160-175 ° F to improve the solubility of the base wax. It was necessary to let them.

Figure 0004855247
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紙からのインク除去速度がより大きいことによりナットワックスがコントロールの脱インク界面活性剤よりも優れた性能を示すかどうかを調べるために、第2の実験シリーズを行った。本実験において、本発明のワックス組成物を含有するサンプルでは、最高の結果を得るのに8分間の加工を必要とした脱インク界面活性剤(ナルコDI2221)と比較して、最初の1分間の加工中にインクが除去された。   A second series of experiments was conducted to see if the nut wax performed better than the control deinking surfactant due to the higher ink removal rate from the paper. In this experiment, the sample containing the wax composition of the present invention has an initial 1 minute compared to a deinking surfactant (Nalco DI 2221) that required 8 minutes of processing to achieve the best results. Ink was removed during processing.

上記の混合物において用いたエマルションは、乳化工程の間に6〜7のpHを用いて製造されたエマルションを用いて調製された。   The emulsion used in the above mixture was prepared using an emulsion made with a pH of 6-7 during the emulsification process.

乳化工程の間に約7.8のpHを用い、マーカス ナット155(ダイズ)を用いてエマルションを調製し、このエマルションのサンプルについて、本実施例で上述したように新聞印刷からのインクの除去能を調べた。これらのデータによれば、6.0〜7.0の間の加工pHを用いて調製されたエマルションを用い、脱インクスラリー工程の間にアルカリを添加してpHを7.5〜8.0に調節することにより、最高の結果が得られることが示された。   An emulsion was prepared with Marcus Nut 155 (soybean) using a pH of about 7.8 during the emulsification process, and a sample of this emulsion was used to remove ink from newspaper printing as described above in this example. I investigated. According to these data, an emulsion prepared using a processing pH between 6.0 and 7.0 was used, and an alkali was added during the deinking slurry process to adjust the pH to 7.5 to 8.0. It was shown that the best results were obtained by adjusting to.

実施例12.紙ストックの再パルプ化能に対するpHおよび温度の影響
本実施例においては、仕上げが全く塗布されていないストック紙を用いた(仕上げとは、一般的に筆記用紙に塗布されるデンプン並びに/またはデンプンおよび粘土ベースのコーティングである)。紙ストックは、ギフトラッピング業界において一般的に#1ホワイトラッピングティシューと称され、紙1000平方フィート当たり10lbsの基礎重量を有する。この源はフェデラル ペーパー ボード カンパニー,インコーポレイテッド(Federal Paper Board Company,Inc.)(モントベール、ニュージャージー州)であった。
Example 12 Effect of pH and Temperature on the Repulpability of Paper Stock In this example, stock paper with no finish applied was used (finish is generally starch and / or starch applied to writing paper) And clay-based coatings). Paper stock is commonly referred to as # 1 white wrapping tissue in the gift wrapping industry and has a basis weight of 10 lbs per 1000 square feet of paper. The source was Federal Paper Board Company, Inc. (Montvale, NJ).

この紙ストックの繰り返しのサンプルを、追加固形物の最終濃度が0.5%、1.0%、および1.5%となるように、マーカス ナット180(30%固形物を含み、イジェパル(登録商標)CO−630非イオン性界面活性剤を用いて調製される、ダイズワックス−ヒマシワックス混合物)を用いて調製されたエマルションで処理した。再パルプ化された混合物にはさらに界面活性剤は添加せず、サンプルのpHを測定したところ7.5および8.0であった。コーティングされた紙ストックを250°Fにて空気乾燥させた。乾燥後、高速ブレンダーを用いてコーティングされた紙ストックを再パルプ化し、非処理ストックのコントロールサンプルと比較した。   Repeat this sample of paper stock with Marcus Nut 180 (containing 30% solids and IJepal (registered) so that the final concentration of additional solids is 0.5%, 1.0%, and 1.5%. (Trademark) Soy wax-castor wax mixture prepared with CO-630 nonionic surfactant). No additional surfactant was added to the repulped mixture and the sample pH was measured to be 7.5 and 8.0. The coated paper stock was air dried at 250 ° F. After drying, the coated paper stock was repulped using a high speed blender and compared to a control sample of untreated stock.

本研究の結果によれば、低レベル(0.5%)のワックスで処理されたサンプルでは、42分間を必要としたコントロール(非処理紙ストック)と比べて、20分以内で通常の粘度のパルプが得られることが示された。水酸化ナトリウムを添加してpHを7.5〜8.0に上昇させ、さらなる加熱は行わなかった。170〜180°Fの加工温度が達成され、この熱は反応混合物の高速混合により生じた。高レベルのナット180ワックス(1.5%)を用いて調製されたサンプルでは、18秒の加工時間を示した。   According to the results of this study, samples treated with low levels (0.5%) of wax had normal viscosity within 20 minutes compared to controls that required 42 minutes (untreated paper stock). Pulp was shown to be obtained. Sodium hydroxide was added to raise the pH to 7.5-8.0 and no further heating was performed. A processing temperature of 170-180 ° F. was achieved, and this heat was generated by high speed mixing of the reaction mixture. Samples prepared with high levels of nut 180 wax (1.5%) showed a processing time of 18 seconds.

これらの結果から、ナット180(ダイズワックスとヒマシワックスとの混合物)またはナット155(ダイズ)ワックスを含有するエマルションは、紙上に低レベル(0.5〜1.5%)で存在して天然ワックスを低刺激石鹸に変換するためにpHが調節されると、再パルプ化工程を助けることが示された。パルプを得るのに必要な時間の差として示される変化の度合いは、有意であると考えられる。   From these results, emulsions containing nut 180 (a mixture of soy wax and castor wax) or nut 155 (soybean) wax are present on paper at low levels (0.5-1.5%) and are natural waxes. It has been shown that when the pH is adjusted to convert to a mild soap, it aids the repulping process. The degree of change indicated as the difference in time required to obtain the pulp is considered significant.

上記の教示に徴せば、明らかに本発明の改良および改変は可能である。従って、特記しない限り、添付の特許請求の範囲の技術的範囲内において本発明は実施されうることは理解されるべきである。   Obviously, modifications and variations of the present invention are possible in light of the above teachings. Therefore, it should be understood that the invention may be practiced within the scope of the appended claims unless otherwise specified.

Figure 0004855247
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硬化油を製造するための工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process for manufacturing hardened oil. ダイズワックスベースのエマルションを用いた柑橘類果実のコーティングの、重量減少に対する効果を示す。Figure 3 shows the effect on weight loss of coating citrus fruits with soy wax based emulsions.

Claims (7)

エマルションの全重量に対して10%〜50%の、10未満のヨウ素価および48.9〜93.3℃(120〜200°F)(メトラー滴点)を有することを特徴とする硬化植物ワックス;
エマルションの全重量に対して55%〜75%の水;
エマルションの全重量に対して1%〜25%の界面活性物質;および、
エマルションの全重量に対して0.02%〜2.5%の酸または塩基;
を含み、
前記ワックスが、ヒマシ、ダイズ、ヤシ、トウモロコシ、綿実、菜種、カノーラ、ヒマワリ、ヤシ核、ココナッツ、クランベリー、アマニおよびピーナッツからなる群から選択され、
エマルションの全重量に対して20%〜45%の固形分を含み、
繊維性セルロース製品を耐湿性とするのに有効な量で前記繊維性セルロース製品に塗布される、水−ワックスエマルション。
Hardened vegetable wax characterized by having an iodine number of less than 10 and 48.9-93.3 ° C. (120-200 ° F.) (Mettler drop point) of 10% to 50% of the total weight of the emulsion ;
55% to 75% water based on the total weight of the emulsion;
1% to 25% surfactant based on the total weight of the emulsion; and
0.02% to 2.5% acid or base relative to the total weight of the emulsion;
Including
The wax is selected from the group consisting of castor, soybean, palm, corn, cottonseed, rapeseed, canola, sunflower, palm kernel, coconut, cranberry, flaxseed and peanut;
Containing 20% to 45% solids based on the total weight of the emulsion;
A water-wax emulsion applied to the fibrous cellulose product in an amount effective to render the fibrous cellulose product moisture resistant.
処理された繊維性セルロース製品の潰れ強度が向上していることを特徴とする、請求項に記載のエマルション。Wherein the crushing strength of the treated fibrous cellulosic products is improved, emulsion according to claim 1. 処理された繊維性セルロース製品の湿潤時の潰れ強度が向上していることを特徴とする、請求項に記載のエマルション。Wherein the crushing strength of the wet of the treated fibrous cellulosic products is improved, emulsion according to claim 1. 処理された耐湿性繊維性セルロース製品を温かいアルカリ性水性混合物で処理することにより、塗布されたエマルションが前記耐湿性繊維性セルロース製品から除去される、請求項に記載のエマルション。The emulsion of claim 1 , wherein the applied emulsion is removed from the moisture resistant fibrous cellulose product by treating the treated moisture resistant fibrous cellulose product with a warm alkaline aqueous mixture. インクを含有する繊維性セルロース製品を含む温かいアルカリ性水性混合物に請求項に記載のエマルションを添加し、前記インクを除去する、繊維性セルロース製品からのインクの除去方法。Adding an emulsion of claim 1 in a warm alkaline aqueous mixture comprising a fibrous cellulosic products containing ink, removing said ink, the method of removing the ink from the fibrous cellulosic products. 前記エマルションを溶液の0.1%〜1%の範囲の量で温かいアルカリ性水性混合物に添加することをさらに含む、請求項に記載の方法。6. The method of claim 5 , further comprising adding the emulsion to the warm alkaline aqueous mixture in an amount ranging from 0.1% to 1% of the solution. 請求項に記載のエマルションを、水分の蒸散を遅延させるのに有効な量で果実に塗布する、果実からの水分の蒸散速度の遅延方法。A method for delaying the transpiration rate of water from a fruit, wherein the emulsion according to claim 1 is applied to the fruit in an amount effective to delay the transpiration of water.
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